時間:2023-03-08 14:53:21
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化學工業特點延伸依據數理、化學內涵作為支撐媒介,進而深度聯合工業經濟基礎條件進行窺測,將化工單元操作和熱學、動力學原理進行深度融合,進而有力指導設備開發工作。化學工程主要隨著化學工業的過渡改造而形成,其中化學反應作為生產流程的核心內容,將為過程分析創設主動適應空間,將研究過程方向梳理完全;而化工熱力學條件作為單元反應的理論基礎,對于產品回收效率有著充分的界定要求,其將直接決定產品后期回收效率,對于產業經濟成本規模產生著重大影響效果。因此,在單元詳細操作流程中,技術人員可針對各類化工設備以及產品形態進行科學審視,由于傳遞流程作為單元操作、反應工程的支撐媒介,而化工產業在全新發展形態下需要落實核心催化技術,就必須聯合跨學科形態的戰略進行綜合比對、研究,爭取達到統一規劃標準格局。內部傳遞機制主要圍繞動力、熱能、產品質量元素闡述,這其實就是異質化單元內部反應裝置的物理演變過程。另一方面,合成化學作為既定學科的核心要素,為設計主體開發大量非天然化合物質提供靈感經驗。在大量創新化合產物的影響下,有關化工產業基礎模型便開始順利過渡。信息技術為各類設備、工藝創造主動適應條件,整體上推動了行業的進步趨勢。這部分生產技術已經聯合各類深加工流程進行替換改造,需要化學工業不斷開發新型歸控技術,進而為既定產業規范效率和經濟成果提供適應條件。技術人員需要全面開發最為先進的協調處理細則,這是創新化學工藝改造流程的必要準則。整個技術開發活動利用市場導向機理進行布置,使得工業、商業化動機需求得到全面綻放。
二、化學工程、工藝試驗數據的科學搭配分析
傳統形態的化工實驗操作,內部數據排列機理相當復雜,整體活動延展下來,具體的人力、物力資源全面堆積。因為內部流程需要借助平行試驗進行掌控,特定數據處理重復性特征廣布。因此,必要時技術人員可依靠MATLAB軟件進行流程過渡,將人工演算過程中的數據限制因素調節完畢。這部分實驗流程是掌握化工研究方式的重要環節,整體流程較為漫長。所以,計算機信息技術便將這些復雜的演算流程進行智能模擬操作,并透過實驗要求建立必要的模型基礎,使得工藝技術管制范圍下的各類可行條件全面延展。化工產業講求專業實驗的引導價值,具體行動標準動機也是圍繞特地實驗點進行參數定量關系探索,進而將化工所需遵循的客觀規律羅列完整。MATLAB軟件在整個研究過程中開辟引導先河,其將各類函數圖形進行輕松規劃,肅清細致符號演算和數值計算限制問題。這類軟件應用范圍較為廣闊,包括數字通訊和財務建模等內容。目前這類程序已經成為國際控制終端的必要支撐媒介,現場操作人員基本只需編寫某種數據處理程序,之后將原始數據輸入,就能輕松提煉相關實驗結果,將優質化數據和圖示模型展出。另外,涉及這方面人員素質的強化工作也相當重要。隨著技術創新和科技產業化的加快,環境保護意識的加強,必然會帶來對分析檢驗專業人才需求的上升,且無論在數量和質量上,都提出了新的要求。
三、結語
因為每一個化學工程與工藝實驗的目的都不相同,因此其處理的步驟以及涉及的化學公式也不盡相同,不可能以一個程序來概括,但是經過大量的實驗研究和總結,發現不同的化工實驗中都會有其相似之處,它們都可以由圖1來概述。
2數據處理的程序編制
2.1數據輸入。化學工程與工藝實驗的數據輸入主要依靠提示的函數input實現,比如以溫度為例子,則其輸入函數為:t=input(‘請輸入實驗的溫度(攝氏度):’),其中輸入函數大多是以矩陣的輸入形式為主。
2.2處理和作圖。化學工程與工藝實驗中得到的數據時常會存在離散的情況,必須經由多種擬合的方法將它們結合成一條或多條連合的曲線,而其中最常用的擬合方式是最小二乘法,因此本實驗設計中的擬合方式也采用最小二乘法的方式。設實驗的離散數據(x1,y1)通過最小二乘法將其擬合成因變量y,自變量x,輸入的函數關系為y=f(x),函數關系的主要思路是讓離散數據中的x1的殘差平方以及Σ(f(x1)-y1)2達到最小值。因為在得出化工實驗數據中多少會因為外界的因素存在著一些誤差,因此最小二乘法可以無需使輸入函數y=f(x)必須經過全部的離散數據(x1,y1),但是殘差平方和必須達到最小值。根據最小二乘法的擬合方法可知,最小二乘法可以滿足化工實驗數據處理中的擬合應用需求。在化學工程與工藝實驗中會涉及到流體的流動阻力研究,研究主要是通過測試流體的流動阻力,在經過特定的計算之后得出摩擦系數(λ)和雷諾準數(Re)的離散數據,再同理,經過最小二乘法擬合出連續的曲線,并根據其畫出相對應的圖形。得出上述式子之后可以將MATLAB里的函數polyfit()進行線性的擬合,以作為化工數據處理的程序原理。
2.3建立數據庫。因為經過上述的設計,化學工程與工藝實驗數據處理只能得知在特定的溫度下(比如10℃、20℃以及30℃等)實驗的物性數據,但是在實際的生產中,工業生產所涉及的溫度多變,不單單只停留在設計好的溫度當中,因此,這就需要我們在數據中選擇最相近的數據,假設它們屬于線性的關系,再利用內插或者外推的方式計算出實驗的物性數據常數。在本文的化工實驗中,編寫的程序已經將實驗溫度和密度以及實驗的溫度與黏度進行多次的實驗擬合,建立出了一個相對完整的數據庫,在工作中只需將溫度輸入進系統,則程序可以自動跳出在特定溫度下的物性數據,提高數據處理效率。
3程序的運行
在編制完成化學工程與工藝實驗的數據處理程序,且建立數據庫之后,便應該輸入數據以驗證程序是否能有效地處理實驗數據。在化學工程與工藝實驗的數據處理中,MATLAB軟件的應用是十分重要的,經過實驗可知,在化工實驗當中會出現大量的離散數據,必須經過擬合的方式進行處理,其處理過程中不僅工作量大,而且十分繁瑣,一旦出現差錯則必須重新重來,浪費大量的人力物力資源,而且在處理好實驗數據之后,在查看實驗當中還要將化工實驗數據重新計算一次,看結果是否與原先的計算結果相同,工作量十分重,但是如果運用MATLAB軟件則大大降低了數據處理難度,只要在MATLAB軟件中輸入相應的化工實驗數據,就可以得到結果,節省了時間,提高了工作效率。
4結語
無機及分析化學不是無機化學、分析化學兩門課程的疊加,教學內容豐富,概念和理論知識較多,各章節之間的獨立性較強。因此合理安排教學內容,幫助學生轉變學習方法及思維方式無疑是大一第一學期開設這門課的關鍵。在內容的安排上,前兩章首先回顧高中的一些化學基礎知識,并介紹了誤差及數據處理,稀溶液的依數性和膠體溶液。然后,第三和四章主要介紹化學熱力學、化學動力學及化學平衡,讓學生掌握反應三要素:反應方向即吉布斯函數變,反應快慢即反應速率常數,反應限度即反應平衡常數。第五章主要介紹物質的結構,離子鍵及共價鍵理論和晶體結構。第六、七、八和九章分別介紹酸堿平衡、溶解沉淀平衡、氧化還原平衡和配位平衡及其對應滴定分析法,讓學生掌握測試固體或溶液中某種元素含量的分析測定方法。最后,第十、十一和十二章主要介紹一些簡單儀器分析法及原理,例如:第十章吸光光度法,不僅要介紹該方法的原理朗伯-比爾定律,還要介紹目視比色法、示差法和標準曲線法三種常用的吸光光度法分析法。內容上總體上是先講理論原理,再介紹知識點,將理論原理融入生產實踐中,使學生較快地掌握化學理論,再通過課堂上的一些練習題,使學生加深教學內容的記憶,知識更加系統。這樣不僅可以將無機和分析化學知識點有機的融合,還可以將理論應用到生活實踐中。在一學年的學習中,總共80學時,第一學期學習前六章共計48課時,第二學期學習后六章共計32課時。在教學過程中,應該精選教學內容,使學生掌握化學基礎理論知識并具備較寬的知識面,為后續課程學習打下了扎實的基礎。與此同時,教師要熟悉該課程的教材,根據學生的專業,合理制定教學大綱和教學培養方案,精煉教材的內容,對于中學已經學過的化學知識或者與專業聯系較少的理論知識可以簡略講解。比如:第四章的化學反應速率和反應平衡,化學反應速率的定義,影響化學反應速率的因素以及化學平衡的移動;第八章氧化還原反應的定義,配平,得失電子,氧化劑和還原劑等概念知識。這些知識點中學都已經涉及過,教師在授課時只要簡單介紹即可。對于能源化學工程專業而言,水煤漿的開發和利用是近年來的一個熱點,也是煤炭清潔利用的重點。因此,對于第二章分散系的內容應該詳細講授,再介紹水煤漿分散系。
2激發學生興趣
興趣是最好的老師,要學好無機及分析化學,首先要激發學生的興趣。第一,在無機及分析化學這門課的緒論課上,主要介紹化學的作用及學習方法。第二,闡明化學與人類生活之間密切聯系,激發學生的學習。第三,無機及分析化學是化學、化工類相關專業的基礎課,其作用無論是對以后的專業課學習還是將來從事工作都具有重要的意義。第四,在平時的課堂教學中,可以多講一些貼近生活的例子,激發學生學習的興趣。例如,在介紹影響化學反應速率的因素時,舉例說明,夏天食物容易變質,我們可以將食物放進冰箱中保存,以防止變質。這是通過降低溫度,達到降低食物變質的速率。汽車尾氣CO和NO是嚴重的環境污染物,從熱力學的角度講,CO+NON2+CO2可以發生,但是遺憾的是,在通常狀況下,該反應進行的非常之慢,以致不能有效地去除車道內的CO和NO。因此,有必要對化學反應的速率問題進行研究,必須考慮外界因素對反應速率的影響,由此可引出本節課要學習的內容。第五,在教學過程中,穿插介紹一些與知識點相關的科技發展新動態及前沿知識,以此調動學生學習的積極性。
3綜合利用各種教學方法
現階段的教學方法多種多樣,而在實際教學中,各種教學方式應該相互結合、取長補短。根據我校無機及分析化學教學團隊多年來教學中的經驗,可以概括為以下幾點:第一,增加課堂討論。針對一些在學習過程中遇到的問題,教師應該指導學生搜集資料,進行課堂討論。在討論的過程中培養學生分析和解決問題的能力;第二,讓學生走上講臺。讓學生走上講臺不僅可以體驗教師備課的準備過程,還可以鍛煉學生的能力;第三,運用多媒體教學,可以使微觀概念及理論形象化。例如,在物質結構基礎這一章,學生一般較難理解,如果用多媒體課件和化學軟件以動畫的形式去展現,課程內容會更加形象、生動。這樣的教學不僅有利于學生理解、記憶,還可以活躍課堂氣氛。第四,對于公式推導,應該板書推理過程引導學生理解。在教學中應避免盲目使用多媒體教學,要將多媒體與其他教學手段結合起來,才會使學生理解公式的推導過程,并能較好的應用公式。
4培養學生能力
為了調動能源化學工程專業學生對無機及分析化學基礎課程的興趣,可以積極組織各類化學競賽活動。我省有各類化學競賽,例如:化學視頻大賽,化學實驗競賽和趣味化學競賽等。近年來,教育部門堅持開展國家級、省部級大學生創新實驗項目,有望培養大學生的創新能力,推動全民創新。此外,為了鼓勵和培養大學生創新激情及能力,我們學校也開展了大學生創新實驗項目。該項目均是由學生親自撰寫項目申請書,申請答辯ppt,中期考核表,結題報告和結題答辯ppt等資料。這不僅培養了學生創新能力,還為學生日后工作和學習培養科學合理的方法和實踐能力提供了基礎。
5適應專業要求
能源化學工程專業的技術性和實踐性較強,在無機及分析化學的教學中,要把握專業的特殊要求,認真學習我校能源化學工程專業人才培養方案,深入研究教學大綱,充分了解無機及分析化學在整個專業課程體系中的作用,明確教學過程中的內容和重難點。例如,化學熱力學和化學動力學章節的內容應該詳細講解。這部分內容對于能源化學工程專業的學生而言,可以更好地理解能源轉化及利用過程中的一般規律,為高效、低碳環保使用能源奠定基礎。
6結論
傳統化學工程使用處理工藝對有毒污染物的處理滯后性較強,通常是在污染物產生之后再另外做針對性處理,不僅增加了處理成本,且治標不治本。比如傳統工藝煙氣除塵,雖然凈化了氣體,但是污染物直接轉化為廢渣廢水,還需要另一道工序做清潔處理,無疑工序和成本的增加都使得效果不那么理想。綠色化學工藝的介入,可以直接在生產或排放階段就完成清潔使命,通過化學反應達到預防、控制和消毒污染的目的。
化學原料是化學工程的源頭,原料決定了生產流程和工藝的選擇,綠色工藝的介入可以從源頭上改變原料生產帶來的各類化學污染,同時綠色工藝與化學工程的結合還可高效利用各類自然資源,實現深度開發利用,兼顧無污染、節能、環保的生產方式必然會掀起一輪新的工業革命。綠色原料的典型開發應用比如甘蔗渣、稻草、麥稈以及木屑、樹枝、蘆葦等可加工成為酮類、酸類與醇類化學品。
在化學反應中使用選擇性高的試劑也是綠色工藝應用的一個途徑。以石油化工為例,生產過程中烴類選擇性氧化反應較為普遍,作為一種強方熱性反應,具有生成物不穩定、易進一步氧化等特征,所以,催化反應中此反應并非最佳選擇,生成物的不穩定也不利于提取最終產物,所以,為改善這種情況,使用選擇性高的試劑是最佳途徑。如此一來,不僅可以降低成本,節約資源,還能夠降低分離產品的難度提升純度,無疑實現了提升效益和減少污染的雙贏,所以,綠色化學工程在這方面的研究實踐也非常熱門。隨著越來越多的化學反應被應用到工業生產中,催化劑對提升反應速率效果顯著,所以目前化學工藝領域積極研究無毒無害的高效催化劑成為主流發展方向不一,不僅有利于工業的發展,對于推動化學分子深入研究也有助益,分子篩催化劑和烷基化固相催化劑就是其中較為典型的代表。
2.綠色化學工程工藝應用
分析綠色化學工藝是實現節能減排的重要途徑,對綠色工藝的重視與開發也彰顯了當前世界范圍內節能減排的重要性。長達兩百余年的工業化路程,使得人類活動對自然資源環境的危害越來越大,尤其中國作為當前世界最大的工業國,“三廢”問題十分突出,PM2.5問題也成為了懸在人們頭上的一把利劍,將資源枯竭、環境污染、生態失衡、人口問題等推到了臺前更加顯著的位置。大型化工企業作為與人們生存發展息息相關的企業,石油化工與煤炭除去提供能源之外,還提供多種衍生化工產品為人們衣食住行服務,生產過程中產生的廢水廢渣廢氣、消耗的大量原材料都警示著當前必須積極發展綠色化工工藝,以達到節能減排、實現可持續發展的目的。就目前而言,節能減排的實現途徑主要以下幾種:研發新科技、新工藝全過程控制污染;利用先進清潔工藝從源頭控制污染;利用技術和工藝創新打造可循環綠色生態產業鏈;發展循環經濟等。綠色化學工程與工藝作為節能減排目標得以實現的重要保障,廣泛應用于多個領域,就目前來說,主要以三種表現為主,分別是清潔生產技術、生物技術的應用及生產環境友好型產品。
綠色化學工程與工藝使用生物技術服務可再生能源的合成,像有機化合物原料的應用經歷了從動植物到石油煤炭的發展過程,現如今已經開始廣泛應用各類再合成的有機化合物。在綠色化工中,所使用的催化劑多以工業酶和自然界中存在的酶,酶與其他化學催化劑相比,具有反應條件溫和、生成物優良、污染少等優勢,對于當前化工領域而言,生物酶的利用和研發就成為了綠色化工的重要發展方向。像丙烯酰胺的制備,最早使用丙烯晴,在環城生物酶催化后,不僅能耗與成本大幅度減低,且反應完全無副產物,對工業生產而言有多重積極意義。
除此之外,綠色化工工藝還廣泛應用于生產環境友好型產品領域,生活中有眾多具體應用實例。比如空調制冷多使用氟利昂,會造成臭氧層空洞、紫外線增多、溫度升高,目前正積極尋求替代品且朝著低能耗方向發展,無磷洗衣粉減少對河流水域污染和人體健康的危害,可降解塑造制品對土地、水源危害都將進一步減輕,清潔汽油的使用可對大氣污染降低,以上種種嘗試都說明了在生產環境友好型產品領域,綠色化工工藝所發揮的積極作用。尤其是近年來無污染汽油的研發與應用,像低硫柴油、乙醇、二甲醚等,不僅經濟環保,發展前景好,且制備生產對自然資源的消耗、對環境的危害都不斷降低,證實了綠色工程化工應用的優越性。
普通高校學生的英語水平普遍不高,大部分學生學習英語純粹是為了應付考試,學習被動,缺乏用英語思維的能力,不利于雙語教學的實施。此外,《食品化學》課程一般在大學三年級第1學期開設,學生基本沒有接觸專業課,對專業知識并不了解,況且多數學生還沒有通過英語四級考試,詞匯量較少,更不要說專業詞匯,此時開展雙語教學,難度相當大。針對這種情況,教師應首先向學生講述雙語教學的重要意義,強調應用型國際化高素質人才在社會發展中的作用,闡明外向型企業對專業性人才的需求量,同時邀請畢業學生以切身體會講述雙語課程的重要性,加強學生對雙語教學的重視程度。此外,在授課過程中,教師應注意雙語教學的循序漸進過程,開始主要用中文講授,通過簡單滲透的方式向學生講解重要的專業詞匯和概念,主動找出構詞規律,幫助學生記憶專業詞匯,消除學生對雙語課程的畏懼,等大部分學生適應后,再過渡到中英文雙語教學的整合層次。同時,教師應隨時對重要的知識點進行歸納和總結,并提出一定的問題讓學生討論,既可以幫助學生對所學知識很好地消化和吸收,加深學生的理解,又可以通過鼓勵學生用英語回答,逐漸提高學生的英語水平,調動學生的學習積極性。
2加強師資力量
《食品化學》雙語教學的順利開展,教師的作用非常重要,只有兼具廣博的專業知識、豐富的教學經驗和較高的外語水平,才能保證雙語教學的質量。盡管目前從事《食品化學》教學工作的教師均獲得博士學位,具有很強的專業知識或一定的專業英語閱讀和寫作能力,但大多數教師不具備國外研修經歷,況且在我國的英語教學模式及環境下,口語訓練較少,很難順利開展《食品化學》雙語教學。加強雙語師資培訓是解決雙語教學困難的根本途徑。然而,雙語師資的培養過程是一個系統工程,應該得到學校和教育部門的高度支持,有步驟地推進雙語教學、持證上崗。首先要遴選一批基礎較好的專業教師,通過請學校的英語教師對其講授一些常用課堂用語,或組織雙語教師聽觀摩課向英語教師學習,或聘請有豐富教學經驗的外籍教師對其進行聽、說訓練,參加校外雙語教學課程培訓班或到國外優秀高校進行教學研修,全面提高雙語教師的口語水平。
3選用切實可行的教材
科學合理地選用教材能保障雙語教學的順利開展。國內高校(尤其是重點院校)多使用近幾年出版的、在國際上使用廣泛的國外優秀原版教材。因為原版教材可以提供原汁原味的英語和專業知識,便于教師和學生了解學科發展的前沿,拓寬國際視野。然而,國外原版教材價格較高,一般學生很難承擔,而且涉及面廣,內容豐富,國內高校安排的課時一般無法完成。考慮到實際情況,只對任課教師購買Fenne-ma'sFoodChemistry第4版原版教材,并從中選取授課內容所需的章節,供學生復印,既保證了教材的原版性,又降低了成本。同時,學生還可以將Fennema主編的王璋等人翻譯的《食品化學》(第3版)的中文版作為參考書,對所學知識進行補充。
4創新教學模式
基于雙語教學的特殊性,只有不斷創新教學模式,才能保證《食品化學》雙語教學任務順利完成。建立一種“預習、聽課、復習、討論”的4階段學習模式是非常有必要的。為了保證教學效果,學生應對《食品化學》課程中的專業詞匯和教學難點進行課前預習;認真聽取教師的課上講解是確保學生理解并掌握課程知識點的關鍵環節,這就要求教師英語講授應清晰,便于學生接受并掌握新知識;課下復習是非常重要的過程,能保證學生消化吸收課堂教學內容;討論是學生就一個專題發表自己的觀點,能及時反饋學生掌握知識的程度,完整地實現教學目標。食品化學涉及食品的組成、營養及加工過程中各物質的變化及相應防護措施等,內容繁多,單純理論講授,不足以引起學生的興趣。然而,食品與現實生活結合非常密切,如烹飪過程中蔬菜顏色的變化與葉綠素變化條件以及護綠技術相關;面包、烤鴨等食品的誘人色澤及風味與美拉德反應相關聯;水果顏色的變化與酶促褐變緊密結合等。因此,在《食品化學》的實際教學過程中,采用案例教學法可以增加學習的趣味性,加深學習印象,提高學習效果。
5結束語
1.學生學習目的不明確。包裝工程專業大學化學課程安排在大學第一學期開課,學生剛剛獨立外出學習,心理上仍處于不完全成熟階段,對未來工作學習目標不明確[3],對自己的專業沒有很多的了解,有的甚至對于包裝工程專業所具有的學科綜合性更是一無所知,因此,有很多學生認為大學化學與自己的專業離得太遠,認為學習化學用處不大,學習的積極性不高,學習效果自然也不理想。這就提醒我們,在化學教學過程中不僅要傳授知識,還要告知學生學學化學的必要性和重要性,提高學生學習的效果和學習的積極性。
2.教學重點不突出。培養應用型人才是地方工科院校打造特色教育的著眼點。化學與材料、生物、金屬、能源、機電、電子技術等學科相互滲透[4]。包裝工程是一個綜合性的科學與技術,數學、物理學、化學、材料科學與工程、計算機科學與技術、生命科學等學科對包裝工程學科的發展具有重要影響。而目前大學化學的教學內容還是遵循非化學研究類、非化學生產類的學生普遍的教學內容進行授課,并沒有很好的跟包裝工程專業要求掛鉤。
3.教學方法陳舊。傳統的教學方法不能提高學生學習的積極性,學生的主觀能動性得不到充分發揮。根據現在大學生的培養目標,要求教學內容涉及面要廣,而且教學內容要新,要能解決一些實際生產生活中的問題,這就要求教師突破傳統,建立現代教學理念,應用現代教育手段實現人才培養目標。
4.成績考核方式單一,考后總結不到位。考試是教學中經常采用的一種手段,各類各級考試的目的都是為了對學生所學知識和能力進行評價,考試應對學生的學習起到積極的推動作用。對于大學化學課程,考核方法還沒有發生根本性變化,現在很多高校的考核方法還是采取期末卷面考試的傳統考核方式,這種考試方法雖然能夠檢查學生對所學知識的掌握情況,但是也導致學生為應付考試而對相關的理論知識死記硬背,出現“高分低能”現象,不利于提高學生學習興趣、發展學生創造能力,這與培養應用型人才的目標是相悖的。同時,學生考試完后,教師只根據卷面成績對考試結果進行分析,考試情況分析顯示學生的成績符合正態分布,就說明該方式能夠有效地考察學生的學習情況[5]。而考后并沒有根據考試情況具體分析為什么會出現這樣的考試結果,考試只是為了考試,分析只是為了分析,并沒有對下次的教學起指導作用。
二、教學新方法探索
1.從專業學習角度讓學生意識到課程學習的重要性。大學化學課程是包裝工程專業一門重要的專業基礎課程,教師必須在第一堂課就跟學生強調大學化學課程與包裝工程后續專業課的聯系。例如,大學化學課程與包裝材料學、包裝防護原理、涂料學等專業必修課有密切聯系。讓學生在明白大學化學在該專業中的重要性的同時也讓大一新生了解了一些自己專業的相關信息(部分學生對于包裝工程到底學些什么并不太清楚,高考填志愿也是比較盲目的)。這樣會提高學生學習的主動性。
2.立足本專業,突出教學重點。我校包裝工程專業大學化學課程是在2007年培養方案調整時,將無機及分析化學和有機化學合并而成的。但因為國家教委對大學生四年的總學時有嚴格的規定,包裝工程專業大學化學課程的課時并不是以前兩門化學課課時的總和,而是相當于以前一門課的課時量。大學化學理論教學40學時,實驗課16學時。針對大學化學存在內容多學時少的問題,根據包裝工程專業特點、培養目標和為后續課程服務的原則,我們在《大學化學》課程的教學內容上做了相應調整。
3.教學方法改進。(1)了解學生知識背景,突出以學生為中心的教學。由于包裝工程專業的學生來自五湖四海,高中階段化學教育背景存在較大差異,學生的知識水平參差不齊,因此有必要在開課前對學生的知識背景進行摸底調查。就此,我們以問卷的形式調查學生對化學基礎知識的認知程度、對化學學習的興趣、對本課程學習后獲得知識能力的期望等。通過分析總結調查問卷的結果,從而對學生的化學基礎知識和學習心理有了明確清晰的認識,將教學設計和學生實際情況與需求結合進行課程教學。以充分利用有限的課堂教學時間引導學生有效學習、掌握教學內容。(2)充分調動學生學習興趣。愛因斯坦說過:“我自己并沒有特別的天賦,只有強烈的好奇心。”興趣才是學習的本質動機。講課時注意理論聯系實際,這樣學生就由原來的被動學習變為主動要求學習。(3)理論與實驗相互促進的教學方式。大學化學是實踐性很強的一門課程,教學中不僅需要注重學生對理論知識的掌握,還注重學生理論聯系實際能力的培養。例如,理論課上講述沉淀平衡時可要求學生根據所學的理論知識解答下面的問題:某溶液中含有0.01mol•L-1的Cl-和CrO42-,當逐滴加入Ag+時哪種離子先沉淀?同時,可以安排類似的實驗,通過動手操作,讓同學們對沉淀平衡理論有更深刻的認識。在金屬防腐部分,理論學習后,可以安排綜合型實驗,自己選擇一種金屬防護方法處理金屬表面,測定其耐腐蝕性。該實驗的安排既加強了學生對理論知識的掌握,提高了學生的動手能力,同時也跟包裝工程專業后續的學習密切相關。
綠色化工行業早在上個世紀就已經出現了,最開始綠色化工行業出現在工業比較發達的國家,主要集中在歐美地區。經濟的發展帶來環境污染的嚴重,這就使得人們開始重視綠色化工行業的發展,投入較多的人力物力和財力研究綠色化工行業的發展。隨著經濟全球趨勢的加強,國與國之間的聯系日益密切,綠色化工行業開始受到國際社會的共同關注,由于我國是發展中國家,因此對于綠色化工行業的認識較晚,導致了我國綠色化工行業的起步也較晚。但是,我國對于綠色化工行業的認識較為透徹,這就導致我們在處理如何發展綠色化工行業中投入的力度,并且受到了國家科技部門的重視。綠色化工行業的突出優點是:第一,最大限度地利用環保能源。較以往傳統的生產方法不同的是,綠色化學化工可以最大限度地利用所使用的生產能源,并且一般綠色化學化工所使用的能源都是綠色環保可回收利用的能源,在生產使用時都會最大限度地利用原材料,防止浪費,減少污染排放,從而節省能源,綠色環保。第二,反應物無毒、無害,不會對環境產生污染,減少對外界的廢物排放。一般情況下,傳統的化工生產都會產生一些有毒有害的排放物質,這些排放物會對環境造成不可逆轉的危害,但是綠色化學化工在生產之前都會將反應物生成的有害物質整體的化學結構進行重新排列,從而將有害成分運用科學的方法去除,這樣既可以保留生產所需要的有效成分,又保證了在反應的過程中不會對環境產生污染和負擔。綠色化學化工從產品的根本上避免了化學化工生產可能會對環境產生的危害源頭,綠色化學化工是名副其實的環境友好型產品。第三,最大限度地利用了原子能源,有效節約能源。傳統的化工生產一般只注重生產效率,在生產過程中原材料沒有能夠被完全充分利用,一些有效成分被浪費了,但是綠色化學化工會運用科學的方法重組材料內部結構,最大限度地利用材料有效成分,在材料被利用的同時就減少了其生產過程中對環境的排放。第四,確保了產品的綠色環保性。在過去那些傳統的化工生產中,生產方式比較粗放,也沒有能力將生產材料的內部結構進行重組設計,生產的過程當中釋放出大量的有害物質污染環境,但是如今的綠色化學化工注重科學環保,在生產之前會重新組合產品內部結構,保證了生產出的所有產品都是綠色環保,無毒無害的。
2綠色化學化工產品的發展研究
即使人們都十分清楚綠色化工化學的優點與好處,但是在實際的生產過程中很少有人對其高度重視,所以綠色化學化工在我國發展過程中有著諸多的問題,例如社會關注程度不夠、發展模式單一、人才匱乏等。現階段我們能做的就是利用一切可利用的方法,最大限度地將綠色化工化學進行全面推廣與宣傳,從根本上減少環境污染,實現經濟的可持續發展。
2.1加大宣傳力度,轉變生產方式
雖然綠色化學化工產業已經興起多年,但在全社會范圍內,它還未能被深刻的認知與了解,這在很大程度上,阻礙了其良性發展。因此,我們要從全社會范圍內,通過各大平面媒體和網絡、電視、廣播對綠色化學化工加大宣傳力度,使人們對綠色化學化工有深刻的認知與了解。
2.2在學科教育上加大投入與合作,力求創新
綠色化學化工的發展不僅僅是依靠微觀的分子水平的化學,還要依賴宏觀的大規模的化工技術,因此,要在一定層次上促進兩者的結合與協作。國家應加大對綠色化學化工的資金投入,建立與綠色化學化工有關的國家實驗室以及教學基地,作為發展綠色化學化工的創新性平臺,設置激勵機制,鼓勵創新,并持續不斷地為實驗室和教學基地的發展提供資金保障。
2.3重視人才培養
在我國,綠色化學化工屬于新興產業,因此,相關部門必須建立起完備的人才培養體系,為了長遠發展儲備人才力量。具體來說,高校應該開設有關綠色化學化工的相關學科課程,供感興趣的學生進行學習。化學化工產業應該制定嚴格的培訓體系,對相關從業人員進行培訓,從而保障這一新興產業的可持續發展。
3結語
1.1多種先進教學手段與檢索實踐相結合
我院采用現有的CAD電腦室進行化學化工文獻檢索課程教學。在CAD電腦室中,可采用多媒體課件、在線演示、檢索過程錄像演示、電腦室上網實習與在線考核等多種教學手段進行教學。同時,學生可以直接在電腦上聯網查閱,更有利于PBL教學法的實施。
1.2推行啟發式教學,分組討論模式
PBL教學法是以問題為基礎來組織學生學習的,它要求學生圍繞問題進行學習,問題成為學生學習的動力和培養綜合思考能力及解決問題能力的工具。因此在化學化工文獻檢索課中,教師針對不同專業提出不同的研究問題,將學生按5~7人一組進行分組,共同解決問題。教師鼓勵學生自主選擇檢索工具、檢索方式、檢索路徑及檢索策略,根據檢索系統和實際要求選擇多種獲取和利用文獻信息的方式,共同處理問題并解決過程中所遇到的各種困難。學生為更好地解決問題,常常先進行任務分配,并依照各自的任務查找信息資料。通過搜集、整理信息資料,小組成員共同討論、交流,尋求解決問題的最佳方案。如出現分歧,學生可及時向教師請教,教師則扮演引導者的角色,注意課堂的掌控,及時了解學生解決問題的進展程度以及可能出現的新問題,以備后續講課時更具有針對性。同時,教師要給予學生正確的引導和評價,引導問題時要多鼓勵鞭策,不要輕易下結論,要給予學生自信,充分調動學習積極性。
1.3分組報告、答辯,教師總結
分組討論后進入學生和教師互動階段。學生不僅要上交報告,而且各組必須準備一個時間不少于10分鐘的PPT報告,推選代表就本組的檢索思路、運用的檢索方法及得到的檢索結果向教師和同學們匯報,在時間允許的情況下進行現場演示。每個小組代表發言結束后,必須接受其他小組的提問,這個過程中本小組的其他成員可以幫助回答問題。在學生的答辯過程中,教師不是觀眾,而要在學生無法回答問題或者回答錯誤時給予引導和幫助,并補充講得不太清楚的知識點和漏講的內容。教師在指導學生的同時,學生自己也會看到小組之間的差距,從而提高他們自我計劃、自我監控和評估的能力,最終達到自主學習的程度。在此階段值得注意的是,教師一定要多多鼓勵學生,允許他們犯錯誤,允許有不同的觀點,讓同學們在互相辯論中加強學習效果,共同進步。最后,教師對每組的討論結果進行評價,對結果中的特殊問題進行點評,并因勢利導,總結歸納出該組問題所涉及的數據庫的檢索方法、各自的優缺點、規律及策略。
1.4考核評價
課程考核的目的是為了檢查學生的學習效果,以形成教學反饋。在引入PBL教學法的同時,筆者對傳統的考核方式進行了部分改革,學生本課程總評成績(100%)=期末筆試成績(占30%)+平時成績(占40%)+實習結果及討論表現(占40%)。其中,考試成績所占比例大大減少。平時成績主要取決于實踐操作的完成質量,考查學生對每個知識板塊的掌握程度。實習結果及討論表現能夠反映學生課后收集整理資料的詳盡程度、綜合信息檢索能力及語言表達能力等。
1.5與先行課、并行課密切配合
化學化工文獻檢索課安排在大三下學期。此時,學生已具備四大化學課的基礎理論和基本實驗知識,并具有一定的閱讀量及筆譯外文專業資料的能力。另一方面,文獻檢索課對鞏固、運用理論知識和提高外語水平也有重要作用。設置“問題”時,要有意識地結合先行和并行課的內容,并密切結合畢業論文(設計)的開題調研。
2PBL教學法在化學化工文獻檢索教學中的應用成效
PBL教學法無疑是一種先進的教學理念,筆者將其應用在化學化工文獻檢索教學中獲得了較好的成效。PBL教學法的優勢主要體現在分組討論過程。在這過程中,小組成員自發分工、協作,匯總答案的過程,培養了學生獨立思考的能力、文獻檢索的能力、分析問題、解決問題的能力、語言交流的能力,以及學生的主動性、積極性、創新性和團結協作的精神。同時,學生與教師之間有了更多的溝通和交流,拉近了師生間的距離,增加了學生對教師的認同感和滿意度。與傳統教學相比,在PBL教學法中,教師不僅僅是知識的傳授者,還是學生發展的促進者、指導者、學習者和合作者等。盡管問題的解決由學生自主進行,但問題能否成功解決與教師的努力密不可分。要促使教學的成功,教師必須深刻理解要探究問題的學科內容,了解學生的思維發展水平。只有這樣,教師才能選擇和設計那些既能充分與課堂教學內容融合,又具有趣味性,能吸引學生的注意力、激發學習討論興趣的問題。在問題的設計上更要多提學生容易犯錯、容易忽略、難以解決的問題。要做到這些,教師必須不斷完善自己的知識體系,提高自己的教學創新意識。教師的教學創新意識提高了,在教學過程中也會使學生視野更開闊,思維更靈活。
3PBL教學法在化學化工文獻檢索教學中應用的不足
PBL教學法具備傳統教學不可比擬的優勢,但仍存在不可忽視的局限性。首先,PBL教學法無法全面推行。這主要是由于目前現有的經費投入、教學資源、課程學時數及師資力量難以滿足PBL教學要求,如電腦的數目及配制不足、數據庫的購買不足等。其次,教師的教學思維易與PBL教學脫節、無統一規范的PBL教材、圖書設備資源缺乏、學生的學習習慣尚需改善等因素,使檢索課的教學質量難以保證。最后,課程設計不合理或超出學生的研究能力、課堂討論學生積極性不夠、PBL教學耗時較多等原因也阻礙了檢索課教學質量的進一步提升。因此需要師生共同努力,積極配合,群策群力才能夠圓滿解決。
4結語
(1)切料切料是將卷料分切成工裝所需要的尺寸,以便最合理利用材料。(2)預處理清除金屬表面污染物,如油類,蠟,脂類和其它有機物,以及銹,氧化物,污垢,污染性粒子等無機物。不同的污染物通常需采用不同的清洗劑來處理。油類,蠟,脂類和其它有機物通常采用氯化烴氣態/堿洗以皂化脂肪酸酯/用含有陰離子或非離子的浸潤劑、除垢劑、“助洗劑(”如硅酸鈉,它呈堿性,起緩沖作用)和螯合劑(軟化水)的乳化液清洗;輕有機物污染通常采用用含有陽離子浸潤劑和磷酸鹽“助洗劑”的酸性乳化液清洗;有機物和微粒則采用堿性、中性、酸性的陽極或陰極電解清洗;銹,氧化物和無機污染物采用中性乳化液清洗/酸性水溶液清洗來溶解不溶性的污染物(3)光刻膠涂履光刻膠涂履是指在金屬表面涂蓋一層感光油墨,其方法有多種,如離心涂覆、浸涂、網印、簾幕、滾涂等,目前通常采用滾涂的方法,效率高,質量好。光刻膠包括正性濕膜,負性濕膜,正性干膜,負性干膜。最常用的是負性濕膜,具有價格低廉,精密度高等優點。(4)曝光曝光是指將金屬工件放置于兩層菲林中,利用抽真空把之夾緊,經過UV光照射曝光,使照射過的光刻膠發生交聯聚合反應,膜硬化而不被顯影液影響,從而實現精密圖形轉移至金屬板上。(5)顯影顯影是指通過浸滌或涂噴特定顯影劑,把未曝光部分光刻膠溶解,剩下塑化部份。(6)蝕刻金屬板放入蝕刻機中,通過一定壓力,濃度,溫度等方式對金屬進行局部快速蝕刻,以獲取需要圖形。(7)去膜蝕刻完畢,使用強堿去除感光膠,使用工件表面清潔。(8)檢驗將工件進行分離并依據檢驗標準檢驗出貨,變到成品。3光化蝕刻的影響因素對于FeCl3蝕刻液(1)蝕刻速度隨時間的變化由實驗可知,蝕刻時間小于60s時,蝕刻速度隨蝕刻時間的增加迅速減小;而蝕刻時間超過60s之后,隨著蝕刻時間的繼續增加,蝕刻速度下降的,趨勢非常緩慢。這是因為Cu在FeC1
2溶液中的蝕刻
機制是擴散控制機制,包括Fe3+從溶液中通過擴散層向Cu表面的擴散和蝕刻產物從蝕刻表面向溶液中的擴散。在蝕刻進行前,Cu表面沒有CuCl鈍化膜。隨著蝕刻的進行,表面的鈍化膜開始形成,并在很短的時間(60s)內在局部形成并覆蓋整個表面。因此,當蝕刻時間在60s內,隨蝕刻時間加長,蝕刻速度急劇下降,蝕刻速度主要由Fe3+向蝕刻表面的擴散控制。而蝕刻時間超過60s之后,Cu表面鈍化膜已經完整形成,蝕刻速度主要由Fe3+通過鈍化膜的擴散控制,同時也伴隨鈍化膜的增厚,蝕刻速度下降的趨勢大為減緩。(2)FeCl3蝕刻液密度(比重)的影響FeCl3蝕刻液的密度(比重)也是影響其蝕刻速度的主要參數之一。一開始隨著蝕刻液密度的上升,蝕刻速度也逐漸加快;當密度達到約1.2g/cm3時,蝕刻速度達到最大值;蝕刻液密度繼續增大時,蝕刻速度又逐漸下降。因此,在操作過程中要嚴格控制蝕刻液的密度(比重)。(3)蝕刻速度隨溶銅量的變化FeC13蝕刻液中,由于銅的不斷溶解,溶液蝕刻能力將有下降。當蝕刻液溶銅量低于20g/L時,溶液蝕刻速度處于一個穩定的高水平;溶銅量超過20g/L,蝕刻速度開始下降;當蝕刻液中溶銅量達到60g/L,蝕刻速度又趨于一個穩定的低水平,相當于高水平的50%左右。(4)HCl的加入量對蝕刻速度的影響加入的HCl的作用與所蝕刻的金屬材料的不同相關。例如,當蝕刻304不銹鋼時,HCl的加入降低了蝕刻速率,這是因為在金屬表面生成了擴散阻擋層。因此,必須仔細控制HCl的加入量。而當蝕刻Cu時,研究結果表明,HCl的加入量對蝕刻速率的影響不明顯。因此,當蝕刻不同材料時,必須對其中HCl的加入量各自考慮。(5)氯化物添加量對蝕刻速度的影響添加KClNaCl對蝕刻速度有較大的影響。隨著蝕刻液中KCl的添加,蝕刻速度明顯升高,溶液中KCl的添加量達到0.4~0.6mol時(500mL蝕刻液),蝕刻速度達到最大值,與未添加KCl比較,蝕刻速度提高了25%左右;之后,隨KCl的添加量增加蝕刻速度開始下降。而添加NaCl具有不同的影響,蝕刻速度隨添加量增加而下降,當添加量達到0.6mo(l500mL蝕刻液)以后,蝕刻速度趨于穩定,蝕刻速度大約為未添加NaCI時的80%。由此可見,陽離子對于FeCl3蝕刻液的蝕刻速度也具有不同的效果。
3光化學蝕刻質量的控制
3.1側蝕
影響側蝕的主要因素:(1)蝕刻方式:浸泡或鼓泡式蝕刻側蝕嚴重,噴淋和濺射式較輕微。(2)蝕刻速度:蝕刻速度慢會造成嚴重的側蝕。(3)蝕刻液的密度:蝕刻液的密度越高,蝕刻速度越慢。
3.2基材絕緣電阻
蝕刻后,溶液殘留在基材上會使導線間的絕緣電阻降低。對于酸性CuCl2蝕刻液,蝕刻后基材表面可能殘留銅和亞銅的鹽類,它們都不溶于水。去除方法為用5~10%的HCl漂洗,然后水洗,或采用機械刷洗方法。對于堿性CuCl2蝕刻液,產生的原因主要是蝕刻后水洗不及時、徹底。對于FeCl3蝕刻液,基材表面會吸附和殘留FeCl3的絡合鹽,在水洗時發生水解,經干燥形成氧化鐵復鹽。去除方法為用5~10%的鹽酸或草酸漂洗,然后水洗。
3.3抗蝕層耐蝕性
抗蝕層不耐蝕刻液的原因是干燥不夠或固化不徹底。干膜耐酸性蝕刻液的能力很強,一般不會出現被破壞的現象。但是,如果銅基底清潔處理不良、干膜結合力差,也會出現局部破壞。當堿性蝕刻液的pH值大于8.5時,干膜可能出現脫落現象。聚乙烯醇抗蝕層主要用于FeCl3蝕刻液。當其固化不徹底或蝕刻液的鹽酸含量較高時可能被破壞。若其用于酸性CuCl2蝕刻液,如果其分子量較低,熱聚合溫度低,也可能脫膠。4.4蝕刻系數要增大蝕刻系數,可以采用以下方法:(1)用噴射或濺射蝕刻方式,增大垂直方向的蝕刻作用力,提高垂直蝕刻速度。(2)利用分階段蝕刻的方法或在蝕刻液中加入側蝕保護添加劑,盡量減小側蝕。
4光化學蝕刻液再生
4.1FeCl3蝕刻液的再生
(1)Cl2再生法2FeCl2+Cl22FeCl3(2)NaClO3再生法6FeCl2+NaClO3+6HCl6FeCl3+NaCl+3H2O(3)臭氧再生法2FeCl2+2HCl+O32FeCl3+H2O+O2(4)電解再生法
4.2酸性CuCl2蝕刻液的再生