新技術與普通化學教學工作的有機結合

摘要：普通化學是理科大學生的必修課程，為了提高教學質量，培養學生學習化學的興趣，我們在教學工作中加入與課程內容相關的新技術和新發展動向。讓學生了解化學學科的特點和發展動向，擴展學生的知識面，構建以基礎知識為主、以相關新技術為輔的多方位拓展式教學方式。

關鍵詞：普通化學；新技術；教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2013）45-0038-02

目前，高等教育已經從精英教育進入大眾化教育時代，科學技術的飛速發展也使知識傳授型的教學內容開始向知識拓展型的教學內容轉變，學生對知識的渴望也不僅限于書本上考試的內容，他們對相關新技術、新知識的渴望也日趨強烈。目前普通化學的教學內容主要是講授化學的基礎知識，已經不能滿足學生對知識深度的需求，也不能跟上化學學科的發展速度[1]。化學在人類生存質量和安全方面都發揮著重要作用，未來也會以新的思路、觀念和方式發揮核心科學的作用。現代新技術是化學現代研究的重要方法，在教學內容中將現代檢測新技術與化學有機結合起來，使學生不僅知其然，還能知其所以然，了解并掌握現代化學的先進理念和研究方法是非常重要的，這里我們將化學理論和應用中所用到的新技術與普通化學教學內容有機結合，構建出以基礎知識為主以相關新技術為輔的多方位拓展式教學內容，其對于提高學生的知識范圍、增強學生對新技術的運用和掌握能力、提高思維和素質的協調發展起著至關重要的作用。在緒論中增加了化學研究歷史和新技術發展歷史緊密相關的部分。化學學科的發展是新技術發展的必然結果，同時也推動了新技術的進一步發展。

一、在熱力學部分增加了以下研究技術和方法

利用熱力學第一定律來解決化學變化中的熱效應問題；利用熱力學第二定律來解決指定的化學及物理變化實現的可能性、方向及進行限度問題。熱力學函數的測定需要根據不同反應的特點進行有針對性的測定，舉例如下。

1.利用電化學性質與熱力學之間的關系式比較常見的測定。電子遷移過程和反應的熱力學參數常見方法：用精密電導率儀測定有機弱酸溶液在不同溫度條件下的電導，通過圖解法得出298K時弱酸的解離常數和焓，并計算出電離過程的吉布斯自由能和熵[2]；電化學方法獲取納米材料的熱力學函數測得了納米銅的標準摩爾生成焓、標準摩爾生成吉布斯自由能、標準摩爾熵[3]。

2.固體吸附過程可以利用固體在不同溫度下物理吸附氮氣的等溫線，然后根據熱力學原理近似計算出該物理吸附過程的微分吸附熱和積分吸附熱，然后根據相應的公式計算得到過程吸附體系的內能、焓、熵、吉布斯自由能等熱力學函數隨吸附量的變化率[4]。

二、在熱力學部分增加了以下研究技術和方法

1.動力學中活化能（Ea）是動力學中一個重要的物理量，與反應速度直接相關，對實際的生產有重要的知道意義。可以采用熱重分析（TGA）測定熱解曲線，用多元線性回歸法確定熱分解機制函數，然后確定活化能[5]。

2.對于生物的酶催化反應可以利用循環催化流動分析方法（Recirculat ing Catalysis Flow Analysis，RCFA）測定完整動力學曲線，由此求解得到催化反應表觀速率常數（k），最后利用阿侖尼烏斯公式求得該催化反應體系的活化能[6]。

3.實驗室中一般化學反應活化能和反應速率的測定采用微型化實驗進行測定。

三、在電化學部分增加了電化學的世界先進研究成果和這些成果將如何改變我們的生活

學生最為熟悉和感興趣的電化學知識是與電池相關的內容，電化學工作站是常見的新型電池的研究開發的檢測儀器。工作原理是工作電極、參比電極、電解質溶液形成串聯電路，在參比電極與工作電極間連接一個電壓表，就可以測量出工作電極上的電壓變化，計算出工作電極上所帶的電量，準確的算出物質的質量等參數[7]。

為了提高學生的學習興趣給學生介紹了最新的電池方面的研究成果。例如，美國密蘇里大學計算機工程系Jae Wan Kwon（權載完）教授的研究組研發出了體積小但電力強的“核電池”[8]。只有一個硬幣大小的電池可以讓手機不充電使用5000年。美國加州斯坦福大學華裔科學家崔屹參與的研究是將銀和碳納米材料制成的特殊墨水涂在紙張上，成功制成“紙電池”，普通紙張未來或許可以用做輕型電池[9]。

四、在核外電子排布部分增加了最先進的測試

夸克等微觀粒子發現等研究方法和先進研究成果，讓學生了解到微觀世界的奇妙。原子核類似于人類的指紋，如果測量精度足夠高，原子核可依據其質量被準確鑒別出來。這類研究歸屬于原子核物理的范疇。原子核的高精度質量測量最先用的是相對簡單的電磁系統原子核質譜儀，近20年來，隨著放射性核束裝置和實驗技術的發展，原子核質譜儀已發展到實驗環和潘寧阱等復雜的離子光學系統，質量測量的精度也越來越高。以穩定原子核28Si為例，其質量測量的相對誤差從1937年第一次測量的2.1×10-5減小至1995年的7.0×10-11，提高了近6個數量級。除了原子核中的電子、中子和質子還有很多微觀粒子，還包括夸克、k-介子等許多基本粒子的更基本的組成單元，可以稱為基本粒子動物園。夸克是由美國伊利諾伊州巴達維亞費米國家加速器實驗室的萬億電子伏特加速器（Tevatron，質子和反質子對撞機）發現的，Tevatron還測定了W玻色子的精確質量、發現了陶中微子以及著名的頂夸克。Tevatron有6.28公里長的圓形加速器軌道由1000多個超導磁鐵構成，它們將質子和反質子按相反方向在真空管中加速到光速的99.99999954%，然后在兩個5000噸的探測器中對撞，這種接近光速的高能量碰撞產生了大量全新的亞原子粒子，然后很快衰變[10]。

綜上所述，在普通化學教學中將新技術、新方法以及先進的研究成果有機的與教學內容相結合，使學生了解新技術對化學發展起到的重要作用。能夠擴展學生的知識范圍、提高學生對化學學科的興趣、使學生對化學學科的寬度和廣度認識有了提升，全面提高教學質量。

參考文獻：

[1]梁愛琴，孫芬芳，李琳，劉錦梅.工科普通化學素質教育的教學改革研究[J].化工高等教育，2008，（1）：90-92.

[2]屈景年，李俊華，王璐，等.有機一元弱酸熱力學函數的測定[J].衡陽師范學院學報，2009，30（6）：63-65.

[3]王路得，黃在銀，范高超，等.電化學方法測定納米材料的熱力學函數[J].中國科學：化學，2012，42（1）：47-51.

[4]陳曉立.固體物理吸附氣體過程熱力學狀態函數變化的測定[J].紡織高校基礎科學學報，1995，8（2）：126-131.

[5]李瑋.TGA測定克拉霉素熱分解動力學參數[J].中國抗生素雜志，2009，34（7）：419-421.

[6]王恒，李永生，高秀峰.可見光譜法測定GA-HRP-H2O2體系的活化能[J].光譜實驗室，2011，28（2）：489-493.

[7]宋玉龍.電化學工作站開發[D].長春：東北師范大學碩士論文，2006.

[8]Wacharasindhu，J.W. Kwon，D. Meier，et al. Radioisotope Microbattery Based on Liquid Semiconductor[J].Journal of Applied Physics Letters，2009，（95）：014103.

[9]Liangbing Hu，Jang Wook Choi，Yuan Yang，et al. Highly conductive paper for energy-storage devices[J].PNAS，2009：1-5.

[10]孫保華，孟杰.原子核質量精密測量的研究進展[J].物理，2010，10（12）：1-5.

作者簡介：馮靜（1977-），女，副教授，博士。