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關鍵詞:醫學有機化學 教學 探索 知識結構
中圖分類號:G64 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)12(b)-0236-02
有機化學是一門集理論性、實踐性和系統性為一體的學科。醫學有機化學是醫學、藥學以及生命科學等相關專業的基礎課程之一。它銜接無機化學,并為后續的生物化學、微生物學、免疫學、藥物化學、藥理學和醫學檢驗等課程提供了必備的基礎知識和基本理論。醫學有機化學的內容雖與化學、化工、生物工程等專業的有機化學課程大致相同,但教學的側重點、教學的方法須有所差異,對任課教師也提出了更高的要求。筆者從自身的教學實踐出發,從以下4個方面談醫學有機化學教學實踐中的
1 了解學生化學基礎
筆者所在學校的醫學專業面向全國招生,而現階段各省或地區的高考政策不盡相同,部分新生參加了化學學科的高考,因而具有較為系統的中學化學知識結構,同時對基本的元素、物質以及化學反應有一定的認識,這類學生具備較好的學習醫學有機化學的基礎;另有部分考生,未參加化學學科的高考,在高中階段學業水平測試之后便停止了化學的繼續學習,這部分新生的中學化學基礎薄弱,普遍存在概念模糊,對元素、官能團的認知不清以及對化學反應幾乎一無所知的問題,這些問題導致這部分學生學習困難,課堂參與度低,進一步導致學習興趣和信心的喪失,最終難以順利完成該課程的學習任務。針對不同生源的中學化學基礎參差不齊的情況,我們不僅需要在合班上課時考慮班級合理編排,更需要在課堂教學中照顧到基礎薄弱的學生,同時滿足基礎較好的學生更高的學習需求。另外,我們嘗試適當安排時間對基礎薄弱的學生單獨進行中學化學的重要知識點的回顧和講解,將有利于這部分學生跟上該課程的課堂教學進度,也有助于他們對后續課程的學習。
2 引導學生系統建立有機化學知識結構
多數有機化學教材,包括該校使用的醫學有機化學教材均按照化合物類型(如烷烴、烯烴、炔烴、芳烴、醛酮、羧酸及其衍生物、糖、氨基酸和蛋白質……)進行章節編排,雖利于學生依據化合物類型建立知識結構,但各章節內容仍稍顯分散,知識點較為繁雜,學生掌握不易。為了學生能夠從最基本的有機化學概念、原理出發建立完善的有機化學知識體系,我們有意識地加強了緒論部分尤其是關于有機結構和有機反應的基本理論的闡述。比如:緒論中我們介紹有機化學反應包含兩個基本的組成:反應物共價鍵的斷裂以及產物共價鍵的生成。共價鍵的斷裂方式只有兩種:異裂和均裂。前者產生自由基,后者產生離子對,兩者均為有機反應的活性中間體,大多數有機反應與這兩種活性中間體的生成及參與有關,從而派生出有機反應的三個基本類型:自由基反應、離子型反應(親核或親電反應)以及協同反應。在后續章節的講解中,我們將具體反應歸屬到上述基本反應類型進行講解。比如:講解烯烴的化學性質時,引導學生關注碳正離子如何形成、如何穩定以及如何參與化學反應;講解羥醛縮合時,引導學生關注碳負離子如何形成、如何穩定以及如何參與親核反應。這樣不僅讓學生能夠從根本上理解反應,并且能夠圍繞基本反應的類型及活性中間體,將內容龐雜的知識點進行歸類并逐步建立相應的知識體系。
3 注重有機化學與醫學的學科交叉
有機化學之所以成為醫學專業的基礎課程,不僅因為有機分子是構成動物、植物體的基本單位,體內的物質轉換及能量傳遞也均與有機化學反應息息相關。在醫學有機化學的教學中,我們有意識地引入相關的醫學知識,在強化對知識點理解的同時,闡釋相關的生物學或醫學現象,從而提升學生對有機化學的學習興趣和熱情。例如:在講解立體化學這一章節時,我們開篇即以“反應停”(沙利度胺)事件為例,讓學生認識到確定化合物立體構型的重要性。在20世紀50~60年代,“反應停”在臨床上被普遍用于抑制孕婦的妊娠反應,但隨之而來的大量“海豹畸形嬰兒”的出生使該藥物被禁止使用。后來的研究表明,當時使用的藥物“反應停”實際為一對對映體混合物,即安全的R構型及致畸的S構型的混合物。通過這一實例,學生自然意識到立體化學對于有機化合物結構的重要性,課堂專注度也顯著提高。
在具體章節的講解中,我們還嘗試以常見藥物分子為例來闡釋相關的官能團或者分子片段,做到醫學、藥學知識與有機化學知識點的融合。比如:在羧酸及其衍生物的講解中,我們以青霉素等為例向學生介紹了含特殊結構片段――“β-內酰胺”的一類抗生素,使學生對酰胺的理解得以強化。同時,我們還對青霉素的發現、發展和臨床應用背景進行了介紹,從而一定程度上激發了學生對醫學研究的興趣。如圖1
4 傳統教學手段與現代教學手段相結合
有機化學雖然是一門經典的理論學科,但是課程講授中也需要表達有如電子軌道、分子軌道、化合物空間結構以及反應機理、反應歷程等較為具象化的內容,因而多媒體的使用可以幫助學生理解和記憶相關內容、培養空間思維能力,從而提高教學效果。多媒體課件中,內容的呈現方法還應做到多樣而豐富,比如:我們課堂上利用Flas等形式向學生展示反應歷程、反應現象以及部分實驗的操作方法,取得了很好的效果。此外,在教學中仍然需要板書課堂內容的提綱和要點,以便于學生課堂記錄并迅速把握重要的知識點。
參考文獻
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“科學素養”這一名詞是伴同20世紀五六十年代美國的課程變革運動而建立起來。把科學素養作為科學教育的目標與意義,已在世界各地取得共識。西方理論的教育理論中關于“科學素養”存在著兩個意思:一個是指有學問,另一個是指可以瀏覽,可以書寫,目標是日常的普通大眾。我國關于科學修養的理解是人在處理與自然、社會的關聯中應當具備的知識、精神因素和實際本領,即人具有的科學文化知識和利用科學文化知識處理問題的能力。我國學者對科學素養從四個方面來進行分析與闡述:一是科學知識、技能和科學方法,二是科學本領,三是科學觀,四是科學品質。科學素養是在家庭、學校和社會的教學情況中逐步形成的,是一個耳濡目染的過程。不能不強調的是,科學素養的內涵是動態的,是隨著人們意識的不斷深入和社會條件的變化而成長的。
二、阻礙學生科學素養提升的因素
從對周圍從事有機化學教學相關人員的教學工作之觀察,以及相關同人的交流與探討,造成當前大學生科學修養不高的因素是多方面的,首先國內缺少培養科學素養的泥土,其次是教育體制弊病、教學活動主體思想認識偏差等要素。筆者結合幾年來從事有機化學的教學以及科研的實際情況,認為在有機化學教學中主要存在以下因素阻礙學生科學素養的提升。
1.受中小學教育的影響。
我國目前在中小學的教學中實行的是應試教育,這類教育體制具有兩個致命缺點:其一是中小學不看重科學素養教育的習慣在高校中被延續;其二是學生長時間疲于應對考試成為測驗機器,即使到了進修環境相對輕松的高校也依然沿用以往在中學時形成的學習方法和學習態度,對于科學素養養成的重要性認知不足。現在,全國大部分的高校仍缺少針對大學生的專門科研活動,只有部分高校將大學生科研活動作為一項長效機制固定并且堅持下來,但是,缺乏專門機構做出引導和安排,在某種意義上這類體制上的遺憾使得大學校園缺少濃郁的科學素養氛圍,不利于大學生科學技術的磨煉與培育。
2.教材內容陳舊、難學的問題。
有機化學是一門應用性、實踐性較強的學科,有必要將有機化學的最新動態、前沿理論引入教材。然而,現在各個高校所使用的有機化學的主流教材基本上是相對比較經典的有機化學內容,其中反映現代科學技術前沿的內容很有限;方程式和人名反應繁雜,難以理解和記憶;立體化學和反應機理抽象,難以掌握理解;有機化學的課時數相對較少,使得在課堂上教師與學生之間缺乏有效的互動,從而使得教學效果不理想。
3.部分教師科研觀念淡薄,無法實現有機化學教學與科研相長。
目前,在有機化學教學與科研人員的配置中,仍然存在這一現狀:長期從事教學的教師基本不搞科研,而大量從事科研工作,并且成果非常優秀的教師基本不擔任講授任務。這樣的人員配置有利于實現人才的專業化和高水平科研成果的產出。但是,教學與科研的完全脫離,使得科研無法促進教學;而在教學中發現的問題,也無法為科研提供有效素材和動力。
4.多媒體教授方式與傳統講授方式缺乏有效整合。
目前,有機化學存在傳統教學和多媒體教學兩種方式,二者各有利弊。多媒體教學在有機化學中的應用能夠實現從平面式教學向立體式教學的轉變,有利于學生加倍形象地、直觀地了解分子結構特點;從靜態展示向動態模擬的轉變,有利于學生提高對化學反應機理的理解;從封閉式教學向開放式教學的轉變,有利于豐富有機化學教學內容。不過,多媒體教學可能會阻礙師生的有效交流,造成教學中的形式主義。因此,需對有機化學多媒體講授形式與傳統講授形式進行優化整合,發揮各自的比較優勢。但是,從有機化學的教學實踐來看,有些教師偏重于多媒體教學模式,有些教師偏重于傳統教學模式,二者缺乏有效整合。
三、提高學生科學素養的途徑
在有機化學教學中對學生科學素養的培養與提升,要求學生對有機化學中的基本概念、科學方法、反應機理等等具有充分的認識和理解,形成穩定的心理素質。因此,在有機化學教學中,提升大學生們的科學素養與品德,可從以下幾個方面進行考慮。
(一)編寫與時俱進的有機化學教材
建立有機化學教材的定期更新機制,積極更新有機化學教材,將有機化學發展中的前沿理論、前沿知識、最新動態引入有機化學教材中。在20世紀90年代初,為了解決傳統有機合成方法以及傳統有機合成工業對環境造成的巨大污染與破壞,化學家們提出“綠色化學”的概念,即從源頭減少、甚至消除污染的產生,通過鉆研和改良化學化工工藝,從本質上減少和消除副產物的產生,達到保護和改善環境的目的。在有機化學教材的編著中就可以引入“綠色化學”的內容。在有機化學教學中,適當增加與有機化學相關的社會熱點問題、事件,比如三聚氰胺事件,激發學生的學習熱情及興趣。現在高等學校所開的有機化學方面專業選修課以及必修課內容枯燥,專業性強,不利于化學專業以外的其他需要學習化學課程的相關專業學生學習,提不起學生在選修課中對化學或者有機化學的興趣,就更別談提高科學素養。因此應該加大有機化學中與生活密切相關的教學內容,例如糖為什么是甜的?醋為什么是酸的?以及生命現象的起源等等,這些內容不僅可以讓學生更深入了解身邊的生活,更讓學生增強對有機化學的學習興趣,進而提高學生的科學素養。
(二)創新有機化學教學方式
充分發揮多媒體與傳統教學法這兩種教學法的各自優勢,克服各自的缺點,最大限度地提高教學效果。精心設計多媒體課件,利用多媒體豐富多彩的表現形式,有利于模擬反應進行的過程,從而使學生了解反應機理。將相應的化學反應、發明、應用及相關歷史資料短時間內呈現給學生,提高學生對有機化學的學習興趣,擴大學生的知識面。在基礎有機化學課程教學中將原理與案例結合起來,采用案例作為解釋、證實實驗原理和方法的資料,使學生學得更加靈活與自如,理解知識能夠更加全面和深入。激發和培養學生的創新精神。
(三)強化有機化學實驗的教學改革
實驗教學能夠激發起學生學習的興趣,從而培養學生動手本領,增強科研能力,提高學生綜合水平,培育學生的創新能力。改革傳統實驗教材,使實驗教材與理論課講授結合更加緊密。在當今相當一部分高校中,有專門選拔一些對化學有興趣,并通過一定考核的本科學生,使他們直接進入該校的特定課題組,在組內協助研究生及導師完成他們所承擔的科研項目,并取得一定的學分。此方法不僅使學生增強了動手本領,更使學生提早接觸科研氛圍,有利于學生綜合能力的提高。
(四)培養學生的問題意識,倡導“探究取向”
【關鍵詞】大學生 道德社會化 隱憂問題 解決策略
【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A
【文章編號】0450-9889(2014)12C-0038-02
道德社會化從實質上來說是一種以社會道德文化為內容的教化、內化、外化的有機統一,其在當代大學生社會成長中的主流是積極的。總體來看,大學生道德社會化一直受高校、社會和家庭等道德文化的綜合影響。大學生的道德初級社會化是在進一步接受社會道德的基本準則和規范上形成的,這一過程也是使大學生道德人格得到協調發展和完善的過程。但在大學生道德社會化的過程中,仍然存在一些隱憂問題,對大學生道德社會化的順利實現有很大的不利影響。大學生只有重視和解決了這些道德社會化隱憂問題,才能促進自身在成長與學習過程中更好地完成道德社會化。
一、大學生道德社會化中存在的主要隱憂問題
大學生道德社會中存在的隱憂問題主要表現在三個方面。
(一)社會方面:社會道德教化的自我沖突及完善的補償激勵機制的缺乏。大學生作為社會團體的一部分,一直被社會寄予較高的期望,道德方面同樣如此。
社會對大學生的社會道德要求標準很高,并為各級學校預設專門化道德教化任務,但社會自身還存在著一些諸如“低層道德”、“底層道德”及“道德異化”等社會自覺問題。社會要求與社會現實發展不統一,社會道德教化存在自相矛盾和自我沖突的問題。比如功利性,雖然不提倡卻又是被默許的,這種“默許”在當今社會具有很大的普遍性。而這種大眾化的存在自然對大眾生活和文化有一定影響。大學生作為高素質的人群,對社會的適應性較強,很容易受到這些非道德教化的影響,這種自覺性會讓大學生產生處于“放任自流”狀態的錯覺,使大學生在矛盾的道德社會環境中生出道德困惑,導致大學生道德出現“層降”。
社會中的道德失范,使道德行為出現自發性否定,道德的這種困境迫切需要一種束約或激勵機制來解決。自覺、有效地肯定道德和激勵道德機制對維持社會道德有重要作用,但現實情況是我國社會目前仍然沒有完善的道德補償激勵機制。主要表現在缺乏懲罰不道德、激勵道德行為的機制,處置社會不正之風的法制還不完善,容易使道德環境異化;缺乏保障道德權利和道德成本的機制,出現有道德者吃虧的現象,有些人甚至為道德付出了生命代價而沒有任何回報。因此,道德成本物質補償機制的缺乏不適應當今社會主義市場經濟大環境,大學生正處在成長階段,各方面還未完全成熟,需要權威機制的指引。
(二)高校方面:在道德教化內容上存在片面性,在道德教化方式上缺失客體主體性。高校道德教化內容對德育知識的教育與掌握一向比較重視,忽視了大學生道德人格的塑造導致大學生在道德層面缺乏知行統一的意識。高校在教育中一直把奉獻和社會需要放在首位,這種對道德知識的片面強調,使得大學生生活學習中的實際生存和發展需求被一再忽略,導致大學生在社會中產生各種困惑。道德教化一旦偏離大學生的實際需要和與社會的結合點,就很難達到真正的實踐意義。高校對道德理想教育、正面道德教育的片面教育的強調,使學生進入社會往往會覺得教育和宣傳與社會現實有巨大差別,現實與教育的這種落差容易使剛進入社會的大學生在道德認識和思想上出現迷茫和困惑,成為大學生背叛主流道德的根源。
此外,高校道德教化方式存在客體主體性缺失的問題。理性審視自己的需求并將外在社會規范和需求轉化成內在法則和需要,讓各種道德規范從他律過渡到自律,都離不開主體性的作用。高校道德規范的傳導能否被大學生接受,與高校教化客體的能動性有很大程度上的關系,高校在道德教化模式上應盡可能尊重客體主體性。而事實卻并非如此,高校道德教化內容并不能反映學生內在需求,大大壓抑了大學生的主體能動性,使德育產生低效、失效、負效的一面,不利于大學生道德人格的形成和發展。
(三)大學生方面:價值追求向世俗功利化轉變。我國經濟體制的轉型給價值觀念和價值選擇帶來了多樣性的影響。當市場經濟體制不成熟、不完善的時候,市場經濟的缺陷在一定程度上會使超出合理范疇的利己主義價值取向得以滋生和助長。目前社會主要存在三種價值觀:一是包括社會主義、愛國主義、集體主義及利他主義的高中層次價值觀,當然,這些也是主導意識形態所提倡和強調的,是受大眾普遍認同的價值觀。二是個人主義價值觀,主要表現為主流意識形態所包容和現行法律所允許的主觀為自己、客觀為別人,利己不損人的低層次利己主義價值觀。三是不被社會公德或法律底線所接受的負面價值觀。第一種價值觀是社會對大學生道德社會化的期望,但在多元價值觀及市場負面性的影響下,現代大學生的價值觀也發生了相應的改變,開始傾向于多元取向和世俗功利化,使大學生道德觀出現“層降現象”,失去本該有的理想,對集體、社會和國家的責任感和使命感都隨之淡化。這種轉變導致其精神家園空虛、缺失,同時會促使其道德出現失范,甚至有可能在世俗功利化中走上違法犯罪之路。
二、解決大學生道德社會化隱憂問題的策略
我們可以從以下幾方面解決大學生道德社會化隱憂問題。
(一)加強對社會教化的重視和社會環境的優化,形成社會、學校、家庭合力教育。校外環境包括兩部分:一是社會環境,二是家庭環境。在大學生道德社會話中兩者對大學生教化的影響都具有十分巨大的作用,社會環境尤為不可忽略。高校應該做到強化與學生和學生家長的接觸、溝通,營造社會、學校、家庭一體化教育的合力氛圍,致力于與家庭、與社會的一致性教化。要達到與社會教化一致性合力這一要求,社會系統的優化與發展是主要影響因素。黨和政府需要采取切實有效的措施進一步優化整個社會的制度環境、民主法制環境、文化輿論環境,進一步加大對行業不正之風、社會不正之風反腐敗和整治的力度,形成更有效的抑惡揚善的社會控制與激勵機制,促進社會道德風氣的改善。家庭教育在大學生的道德社會化過程中的影響也是不容疏忽的,為了給學生做好榜樣,家長在道德方面必須以身作則,注意與孩子的接觸和溝通,在不同成長時期對孩子的道德發展進行正確引導。同時家長還需要保持與學校的聯系,對學生道德發展傾向有所關注,在高校、社會、家庭三者的合力之下促進大學生道德社會化的良好完成。
(二)注意分層引導大學生的道德社會化問題。在價值層面上社會對一元主導的強調是必需的。道德教化首先要 “接地氣”,這里的“接地氣”主要指將道德教化立足到實際情況中,要明確大學生在各方面存在一定差異性和層次性,明確學生社會道德化的程度并不相同這一具體情況。這種“接地氣”就要求學校和社會對大學生合理“功利和生存競爭”加以關注,在這種了解情況的前提下對學生主體價值和道德水平進行不同層次的評判,從而確立具體的層次不同的道德教化目標。這種具體問題具體分析的解決方式更具有務實性,也更能被學生接受。其次,分層引導大學生道德社會化問題必須遵循一定接受規律,只有明確大學生的思想覺悟、價值追求、道德踐行與社會要求才能制訂出更能被接受的教化方案。歸結來說,對大學生認識和把握自我價值和社會價值結合點以及自我實現的引導是基礎和關鍵。分層引導大學生的道德化問題不僅符合社會需要和社會發展的規律性,同時更容易被他們所接受。
(三)改進道德教化方式,充分發揮大學生的主體能動性,提高大學生自我教育水平。基于道高校德教化內容存在片面性、道德教化方式客體主體性缺失等問題,首先,學校必須在傳授知識的同時重視大學生各方面道德人格的塑造。從傳統灌輸轉變為以情感人、以理服人,在了解學生實際需要的基礎上,做到親近學生。還要多展開社會實踐讓學生了解社會現實,引導其對社會現實道德的正確認識。其次,高校道德社會化教育必須注意大學生的主體能動性和客體主體化。社會正處在轉型時期,互聯網發展日新月異,如今這種多樣化的信息交流渠道現狀與傳統已經有了翻天覆地的變化,所以高校必須轉變傳統的“灌輸式”教育模式,在教育過程中重視學生的主體性。進行道德教育時應該積極了解學生關注的熱點,從這些主要點出發,在以情感人、以理服人中獲得學生在道德教化上的認知肯定,做到客體主體化,引導大學生在課堂與互聯網上的交流。此外,高校在道德教化方面還需要結合實踐,提高大學生的自我教育水平和能力。
(四)注重大學生在國情上的教育,對學生分析和認識社會的能力加以引導、提升。“轉型”是我國當前社會不可忽視的現實情況,這一時期的社會相對比較復雜。在這種復雜的情況下,一些突出的矛盾與問題對大學生在價值上的認知有一定的干擾性,使學生在道德社會化中心里存有疑慮和矛盾。因此,必須引導大學生正確認識我國社會當前的特殊性、艱巨性、長期性這一現實,引導學生理解和肯定黨和政府的政策措施,同時加強大學生對社會價值的認同感和社會責任感,引導學生正確分析和認識當前社會的道德現狀,將社會現實剖析于學生面前,引導學生理性思考走向正面。不僅如此,還應該加強大學生的道德觀教育,對大學生進行道德觀教育,引導大學生在社會轉型期樹立正確的個人利益觀、財富觀、金錢觀,增強大學生與環境消極因素影響相抗爭的能力,從而促進大學生完成道德社會化。
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1991年,龔和貴考入鄭州輕工業學院化工系精細化工專業。起初,專業對他來說不過是志愿表上的黑字,提不起興趣,但一段時間后,他發現并非如此。“我們學校側重日用化工,其中的洗滌劑和化妝品等都是人們常用的,我非常想把里面的一些化學問題搞清楚。”然而,四年下來,龔和貴感覺在實際問題面前還是束手無策,希望能夠在化學理論上進一步深造,為此,他選擇了清華大學化學系。1998年7月,他獲得清華大學有機化學碩士學位,一年后,前往美國德克薩斯大學奧斯汀分校攻讀化學哲學博士學位。
“這所學校的化學研究在美國排名非常靠前。到那里后,我師從剛做助理教授的Krsiche教授從事有機化學的兩個熱門方向,即超分子化學和有機方法學研究。”在Krsiche教授的嚴格培養下,龔和貴在化學相關基礎和前沿知識的認知上發生了質的變化,完全具備獨立開展高水平研究的能力。2005年7月起,他開始在美國北卡羅萊納州立大學開展博士后研究。
未來慢慢鋪開,他卻迎來了人生中的變數。
2008年5月,上海大學吳松副校長帶隊赴美國招聘,熱情邀請龔和貴回國。回來,還是留下?最終,文化上的排他性、經濟危機爆發出的種種問題、想要盡快獨立開展自己工作的心情等等,都讓他想要回來。那年12月,他正式到上海大學任職,2010年,他又當選上海高校特聘教授“東方學者”,在國內的事業逐漸風生水起。
“在有機化學方向上,目前國際趨勢主要是制備新型功能材料和開發高效的合成方法。通俗地說,假如以前需要先將A轉化成B,再將B轉化成C,那現在就是盡量實現A到C的直接轉化。現在較‘熱’的碳氫活化研究就是這樣。”龔和貴說。但他認為不應該盲從所謂的“熱門”,而應該自有把握。回國后,他繼續開展超分子材料與催化研究,近期,他多圍繞氫鍵在強極性溶劑,特別是就水相中難于生成的前沿難點問題,設計水相中穩定的基元構,并將其用于超分子聚合物,以及有機納米管材料的制備。此外,他還和課題組對非傳統的高效有機制備方法進行了研究。“一般有機反應的發生都是一個帶(部分)負電荷的化合物進攻帶(部分)正電荷的化合物,生成新的分子。我們卻發現,在金屬催化下,兩個帶(部分)正電荷的有機物可以直接交聯生成新的化合物。尤其具有挑戰性的是,這些反應體系大多是在烷基分子上進行的,比目前已有的在芳香體系中才能發生的反應更加值得關注。”談起鐘愛的研究,龔和貴很是欣慰。
1 問題的產生
在人教版《普通高中課程標準實驗教科書化學選修3物質結構與性質》(以下簡稱人教版《物質結構與性質》)一書第28至29頁σ鍵和π鍵知識的學習中,學生知道σ鍵是兩個原子軌道(如兩個s軌道,或兩個px軌道 ,或一個s軌道與一個px軌道)以“頭碰頭”方式從正面進行重疊所形成的共價鍵,π鍵是兩個互相平行的原子軌道(如兩個py軌道或兩個pz 軌道)以“肩并肩” 方式從側面進行重疊所形成的共價鍵,由于通常正面重疊的區域遠大于側面重疊的區域,同時π鍵的電子云不像σ鍵的電子云那樣集中在連接兩原子核的對稱軸上,而是分散在上下兩處,所以π鍵不如σ鍵牢固,比較容易斷裂,因而含有π鍵的物質比只含σ鍵的物質化學性質活潑,π鍵容易斷裂發生化學反應。注意此觀點雖然能夠很好地解釋乙烯、乙炔活潑,容易與氫氣、溴等物質發生加成反應,但是不能把這個問題講死了,否則在處理人教版《物質結構與性質》一書第34頁的習題4(附該題:已知N-N鍵、N=N鍵、NN鍵的鍵能之比為1.00∶2.17∶4.90,而C-C鍵、C=C鍵、CC鍵的鍵能之比為1.00∶1.77∶2.34。如何利用這些數據理解氮分子不容易發生加成反應而乙烯和乙炔容易發生加成反應?)時就會發生矛盾,就不能自圓其說了。因為氮氣同樣含有不飽和鍵,但表現出來的性質卻不一樣,氮氣分子不容易發生加成反應,而乙烯、乙炔容易發生加成反應,關于這一個問題應如何理解?
2分析和理解
為了回答這一問題,首先需要分析乙烯、乙炔、氮氣的共價鍵的情況。乙烯分子除含有4個碳氫σ鍵外,還含有1個碳碳σ鍵和1個碳碳π鍵;乙炔分子除含有2個碳氫σ鍵外,還含有1個碳碳σ鍵和2個碳碳π鍵;氮氣分子除含有1個氮氮σ鍵外,還含有2個氮氮π鍵。在人教版《物質結構與性質》一書第40頁總結雜化軌道的知識強調未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵,雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤對電子。
其次需要結合乙烯、乙炔、氮氣分子中的鍵能數據進行深入全面的分析,才能正確理解這一問題。由人教版《物質結構與性質》一書第30頁至31頁表2―1可以查出以下共價鍵具體的鍵能數據:C-C鍵的鍵能為347.7 kJ?mol-1,C=C鍵的鍵能為615 kJ?mol-1,CC鍵的鍵能為812 kJ?mol-1,N-N鍵的鍵能為193 kJ?mol-1,N=N鍵的鍵能為418 kJ?mol-1,NN鍵的鍵能為946 kJ?mol-1。利用查出的鍵能數據可計算出C-C鍵、C=C鍵、CC鍵的鍵能之比為1.00∶1.77∶2.34,由此得出CC鍵的鍵能小于C-C鍵的鍵能的三倍,C=C鍵的鍵能小于C-C鍵的鍵能的兩倍的結論。乙烯分子中有一個π鍵,通過計算C=C鍵和C-C鍵的鍵能的差值為:615 kJ?mol-1-347.7 kJ?mol-1=267.3 kJ?mol-1;通過計算CC鍵和C=C鍵的鍵能的差值為:812 kJ?mol-1-615 kJ?mol-1=197 kJ?mol-1。這兩個數值都小于347.7 kJ?mol-1,可說明乙烯、乙炔分子中的π鍵的鍵能小于σ鍵的鍵能,所以在一定條件下,乙烯、乙炔分子中的π鍵不牢固,易斷裂,使雙鍵或叁鍵打開,容易發生加成反應。同樣利用查出的鍵能數據可計算出N-N鍵、N=N鍵、NN鍵的鍵能之比為1.00∶2.17∶4.90,由此得出NN鍵的鍵能大于N-N鍵的鍵能的三倍,N=N鍵的鍵能大于N-N鍵的鍵能的兩倍的結論。NN鍵和N=N鍵的鍵能的差值為:946 kJ?mol-1-418 kJ?mol-1=528 kJ?mol-1>418 kJ?mol-1,說明NN鍵斷裂一個鍵變N=N鍵很難,需要吸收的能量很大。再計算418 kJ?mol-1-193 kJ?mol-1=225 kJ?mol-1>193 kJ?mol-1,說明N=N鍵斷裂一個鍵變N-N鍵相對容易一些。N-N鍵的鍵能為193 kJ?mol-1,N-N鍵斷裂就更容易一些。通過計算NN鍵與N=N鍵鍵能的差值,以及N=N鍵與N-N鍵鍵能的差值,可得出N2分子中的兩個π鍵的鍵能,都大于σ鍵的鍵能193 kJ?mol-1。尤其是第一個π鍵的鍵能,數值很大,使N2分子不容易斷裂打開第一個π鍵,因此N2分子不容易發生加成反應。NN鍵的鍵能為946 kJ?mol-1,要使NN鍵完全斷裂就更難,所以氮氣的性質穩定,不容易發生化學反應。
3 結論和注意
3.1結論
從上述分析可以得出以下結論:含有雙鍵或叁鍵的物質,只要開始有一個鍵容易斷裂,那么含有雙鍵或叁鍵的物質的化學性質是活潑的,容易發生化學反應;如果開始的一個鍵難斷裂,那么含有雙鍵或叁鍵的物質的化學性質是穩定的,難于發生化學反應。所以判斷物質的化學性質是穩定,還是活潑?不能只看鍵能的數值的大小,還要看是單鍵,還是雙鍵、叁鍵?在雙鍵、叁鍵中開始是否有一個鍵容易斷裂。
3.2注意
利用鍵能數據解釋不飽和鍵的性質,有的問題能很好解決,如為什么乙烯與溴水的反應比乙烯與氫氣的反應快?這是因為從乙烯的因素來看C=C鍵的鍵能一樣,都是π鍵容易斷裂,對化學反應的影響是一樣的,因此是否容易發生反應,關鍵是看溴分子的鍵能和氫分子的鍵能的相對大小,溴分子中Br-Br鍵的鍵能為193.7 kJ?mol-1比氫分子中H-H鍵的鍵能436.0 kJ?mol-1小很多,Br-Br鍵比H-H鍵容易斷裂,所以乙烯與溴水的反應比乙烯與氫氣的反應快;同樣也能解釋乙炔與溴水的反應比乙炔與氫氣的反應快。但有的問題則不能很好解決,不能把它看成是包醫百病的良方,不分條件,不分對象,套用鍵能數據解釋不飽和鍵的所有性質,如氫氣與乙烯、乙炔混合氣反應的先后,溴水分別與乙烯、乙炔反應的快慢等問題時,要注意還需要考慮乙烯、乙炔中π鍵的強弱、反應的活化能大小以及乙烯、乙炔在催化劑表面的吸附作用的快慢等知識,要小心,要注意尊重客觀事實,不要把話講過頭了。
從π鍵的強弱角度來看:乙炔中碳碳叁鍵是由一個碳碳σ鍵和互相垂直的兩個碳碳π鍵所組成的,這兩個碳碳π鍵的電子云圍繞在兩個碳原子的上下和前后部位,形成一個以碳碳σ鍵為對稱軸的圓柱體形狀的電子云。而乙烯中碳碳雙鍵是由一個碳碳σ鍵和一個碳碳π鍵所組成的,乙烯中π鍵的電子云不象σ鍵的電子云那樣集中在連接兩原子核的對稱軸上,而是分散在上下兩處。乙炔中碳碳叁鍵的鍵長為120 pm比乙烯中碳碳雙鍵的鍵長133 pm還短,這表明乙炔形成的兩個π鍵中的兩個Py原子軌道或兩個Pz原子軌道的重疊程度比乙烯形成的一個π鍵中的兩個Pz原子軌道重疊程度大,即乙炔中的π鍵強于乙烯中的π鍵,所以乙炔的加成反應比乙烯的加成反應難。因此含有碳碳叁鍵的加成反應比含有碳碳雙鍵的加成反應慢,烯烴可使溴水或者溴的四氯化碳溶液立刻褪色,炔烴卻需要幾分鐘才能使之褪色,故當分子中同時存在碳碳雙鍵和碳碳叁鍵,它與溴反應時,首先進行的是碳碳雙鍵的加成反應。在解釋溴水或者溴的四氯化碳溶液分別乙烯、乙炔反應的快慢問題時,如果只從鍵能數據分析,乙炔容易先斷裂一個π鍵,所得出的結果是乙炔比乙烯活潑,乙炔先反應的結論,就會與客觀事實恰好相反。
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從活化能大小的角度來看:由于H-H鍵的鍵能為436.0 kJ?mol-1,這個數值很大,因此乙烯與氫氣的加成反應需要很高的活化能,事實上,二者較難反應。在常溫常壓下,乙烯與氫氣混合并不起反應,甚至在高溫時反應也很慢,如使用催化劑可以降低反應的活化能(如圖1),使反應容易進行。同樣乙炔與氫氣的加成反應也需要很高的活化能,也需要使用催化劑降低反應的活化能。
從烯烴、炔烴在催化劑表面吸附作用的快慢角度來看:可以解釋氫氣與乙烯、乙炔混合氣反應的先后問題。一般認為烯烴、炔烴加氫反應是在催化劑表面進行的。烯烴分子和氫分子首先被吸附在催化劑表面上,在金屬表面形成了金屬氫化物以及金屬與烯烴結合形成的絡合物。這兩種物質的形成,削弱了氫分子的共價鍵以及烯烴中的π鍵。然后金屬表面上的金屬氫化物的一個氫原子和雙鍵碳原子先結合,得到的中間體再和金屬氫化物的另一個氫原子結合生成烷烴。由于催化劑表面對烷烴的吸附能力小于烯烴,故烷烴一旦形成后,就立即從催化劑表面解吸而去,圖2是烯烴催化加氫反應過程的示意圖。同樣炔烴分子和氫分子的加成反應的原理也一樣。
與烯烴相比,炔烴在催化劑表面的吸附作用較快,而催化加氫主要是靠催化劑表面的吸附作用。因此在催化加氫反應中,炔烴比烯烴具有較大的反應活性,更容易加氫。當氫氣與乙烯、乙炔混合氣反應時,氫氣先與乙炔反應,后與乙烯反應。控制一定的條件,可以使炔烴的加成反應停留在生成碳碳雙鍵的階段。若分子中同時含有雙鍵和叁鍵時,則催化加氫時首先發生在叁鍵上。
不飽和鍵的性質復雜,所以不同情況要具體分析,不能以偏概全。如烯烴、炔烴的加成反應反應類型有多種,通過查閱大學有機化學教材可知第一種是烯烴、炔烴與鹵素、鹵化氫、水等發生的親電加成反應,中學階段所學的加成反應基本上屬于這一類;第二種是炔烴與醇、羧酸、氰化物等發生的親核加成反應;第三種是烯烴、炔烴與氫氣發生的催化加氫反應,這一類加成反應既不是親電加成反應,也不是親核加成反應,而是一類特殊的加成反應。不同類型的加成反應,由于反應的機理不同,加成反應當然就有不同的結果。因此在利用鍵能數據分析問題時,只有尊重客觀事實,才能正確理解不飽和鍵的性質,才不容易犯錯誤。
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根據不同專業的培養目標以及教學對象的特點,我們在實驗教學內容上進行了精心的選擇和安排,教學課程內容注重培養學生的基本實驗技能。基本實驗操作訓練部分占總學時數約30%,綜合性實驗占40%,研究性實驗占20%,設計性實驗內容占10%。充分考慮基本實驗方法和技術出現的順序及頻率,重要的實驗操作至少要訓練兩次以上,幫助學生靈活運用這些實驗基本功打好基礎。為此前期我們安排熔點和沸點測定、常壓蒸餾、水蒸氣蒸餾、折光率測定、旋光度測定、重結晶等實驗,盡可能對各種基礎操作進行訓練。運用前期所學的實驗方法和操作技術,對物質進行合成,然后對產品進行鑒定及含量分析,對學生實驗技能的綜合訓練做到由淺到深、由簡到繁、循序漸進。
2開設多步驟合成實驗培養學生綜合能力
在有機實驗教學安排上,一般是學生先做一些基本實驗。掌握了一些基本實驗方法、實驗技術,經綜合性實驗的訓練。進行設計實驗實踐。因此,在學生掌握了一些最基本的操作技術,完成了一定數量的有代表性的、典型的、重要的有機反應類型的制備實驗之后。盡可能將單個的合成實驗變成多步驟的合成實驗,用前一步反應所得的產品,作為后一步反應的原料,即多步驟有機合成。比如可以設計合成1-溴-2甲基-3硝基苯。該系列實驗涉及到的基本操作有滴液漏斗的使用、回流、蒸餾、萃取分離、重結晶、抽濾、熔點的測定、脫色等。涉及到的反應有苯的鹵化、烷基化、硝化、磺化及去磺化等諸多反應。在這個實驗中,學生能獲得較多的信息,較深刻的理解到欲給甲苯的鄰位引入硝基或鹵素,首先要利用磺酰基對位進行占位反應,從而避免對位產物的生成。由于是系列實驗,每一步產品的產率及純度都關系到下一步實驗能否進行,學生必須仔細認真地對待每一步反應和每一步操作。通過這些操作既加強了基本實驗技能的訓練,又加強了理論與實際的聯系,并且前一反應的產物要用來作為后一反應的原料,因此對中間產物的質和量提出了較高的要求,杜絕了部分學生的弄虛作假。培養了學生實事求是的科學態度。
3滲透綠色化學理念,引入現代有機化學實驗技術與方法
(1)我們在實驗教學過程中有意識地向學生滲透環保意識,使學生充分認識到保護環境必須要“從自我做起”,從而養成良好的實驗行為習慣,在實驗中所產生的廢液必須分類回收,如果可能盡量做到循環利用,盡可能做到“三廢”對環境的零排放。(2)對某些有毒反應,尋找無毒替代物。如間二硝基苯的制備實驗,所用的原料硝基苯及產物間二硝基苯均為劇毒致癌化學物質,我們選用毒性較小甲基橙制備實驗取代間二硝基苯的制備實驗。而甲基橙為實驗室常用酸堿指示劑,可以大大增加了學生對甲基橙合成的興趣。(3)充分利用學生的產品,將該反應產品作為另一反應的原料,實現無廢物排放。如上面實驗合成的甲基橙,甲基橙可以作為光催化降解的模型化合物,甲基橙可以被分解為無毒的小分子。
4選擇聯系學生專業的實驗內容
基于我校化學、材料及生物類專業畢業后大部分將從事與化學、材料及生物制藥有關的工作,教學上有意為學生將來的發展做好知識方面的儲備。在實驗教學中,我們在教學內容上根據專業的不同,選擇了一些與專業聯系緊密的實驗內容,如:針對高分子材料專業及金屬材料專業我們選擇雙酚A(BPA)的制備實驗作為教學內容,雙酚A是一種用途很廣泛的化工原料。它是雙酚A型環氧樹脂及聚碳酸酯等化工產品的合成原料。雙酚A主要是通過苯酚和丙酮的縮合反應來制備,一般用鹽酸、硫酸等質子酸作為催化劑。由于高分子專業及金屬材料專業在后續課程中會講到環氧樹脂及環氧樹脂涂料的制備。前期的實驗會讓學生對環氧樹脂有更深的認識。另外我們也適當增加了精細有機合成,天然有機物提取等實驗內容如針對應用化學專業開設具有解熱、鎮痛和消炎作用阿司匹林的制備實驗。對生物工程專業學生開設茶葉中提取可作為中樞神經興奮藥的“咖啡因“等。這些實驗既激發了學生學習有機化學的興趣,又培養了學生將實驗成果及時轉化為經濟效益的意識。
5建立開放型實驗室,培養學生的創新能力
創新教育應當融入所有教學環節,讓學生多接觸需要發現、分析和解決的問題,進行思維訓練和實踐鍛煉。首先,加強開放性實驗項目的設置與管理。開放性實驗項目目前已成為應用化學專業培養方案的一個有機組成部分。而且有的項目還根據低年級與高年級學生知識水平和實驗動手能力的差異,因材施教,把科學研究訓練、科研實踐訓練分成要求不同的兩個層次,使低年級學生盡早接受研究氣氛的熏陶;高年級學生的訓練選題則盡量與教師的科研課題結合,條件具備的還與其畢業論文工作相銜接,使他們得到系統和全面的鍛煉,以期獲得更好的效果。在開放性實驗方面,我們針對基礎較扎實,求知欲較強,對化學有濃厚興趣的學生開展“大學生創新與實踐活動”。其形式將學院論證、設立由教師或學生建議的具有科研或開發背景的課題與項目,然后由學生自行組合的小組(3~5人)在教師的指導下完成研究工作,提交研究論文或研究報告。通過這種活動進一步提高學生的實踐能力和綜合素養,了解科學研究方法,鼓勵他們積極參與各項競爭,展示自己的才華。其次,繼續組織學生積極參加省內外的各類競賽,如課程競賽、化學實驗競賽等。以江蘇省化學化工實驗競賽為例,參賽以小組為單位進行,要求參賽者針對一個綜合的化學問題,設計出制備、分離、分析等詳細步驟,包括提出所需藥品及儀器設備的要求,完成論文式報告,并進行答辯。這種競賽方式可以綜合考察學生的分析解決問題的創造力、實驗動手能力、數據處理能力、科研論文撰寫能力及口頭表達能力。通過這種競賽可以總體考察學生在化學學習與實踐中的能力和團隊合作精神;檢驗化學教學的狀況。
6改革實驗考核體系,實現客觀全面評價
考核是實驗課的重要組成部分,是對學生掌握知識水平的操作技能情況的綜合客觀評價。(1)考前開放實驗室,給學生創造良好的復習條件。考前將整個學期的實驗儀器都擺出來,學生可以來實驗室進行復習,并有教師輔導。(2)正確擬定考核題目,制定統一評分標準。命題原則是以大綱為依據,注意不偏離所學的基本內容,又要考核學生靈活運用所學過知識和技能;既要反應基本要求,又要有綜合試題,使考試真正能夠起到對學生全面檢查,并利于提高學生分析問題和解決問題的能力。(3)以組為單位,現場觀摩,單兵考核。每班學生分成四組,每組7~8人,以小組為單位分批進入實驗室現場考核。按序抽簽,單兵考核,其他學生現場觀摩。現場抽簽,使學生無法猜題,這就促使學生必須對本學期所學的內容進行全面的復習,考前開放實驗室,學生積極參加,扭轉學生死記硬背應付考試的被動局面。現場觀摩受益面大,效果好。每個學生雖然只抽一個考題,但要觀摩6~7個學生的考試,觀摩別人可以發現自己的問題。(4)評定總結。小組考核完畢后,學生進行評定總結,由于考核情況相互了解,學生發言積極,氣氛活躍,最好老師補充總結。小組講評,既肯定成績,又指出存在的問題,激發了學生的進取精神,活躍了學習氛圍。教學實踐證明,改革實驗考核方法,嚴格實驗教學管理,不但使學生對實驗課的重視程度加強,也使學生的操作技能得到進一步加強。
7總結
關鍵詞:醫學;化學;共性;區別;交互作用
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)07-0069-02
眾所周知,自古醫學與化學的關系密不可分。醫學作為一門實踐性很強的學科,主要任務是對人體的生理、心理和病理等現象進行規律的探索,發現有效的預防、診斷和治療疾病的方法,以更好地保障人類健康。而化學作為一門自然學科,主要任務是研究物質的組成、結構、性質、變化及應用。兩者存在顯著差異的同時,彼此之間又相互融合和相互滲透。醫學的基礎少不了化學,醫學的發展離不開化學。而化學又可以通過醫學的發展來推動自身的進步。了解它們之間的聯系和區別將有利于運用在社會生活中,更好地為人類發展做出貢獻,進而推動時代的進步。
一、醫學與化學起源
縱觀人類醫學的發展史,醫學是在社會生產和生活中逐漸積累救護經驗而形成并存在的,歷史上經歷了五種醫學模式:(1)神靈主義醫學模式:在科技水平落后的古代,人們依賴祈禱和巫術,同時用植物藥進行簡單的治療,對創傷進行簡易處理。(2)自然哲學的醫學模式:對宏觀宇宙萬物有了粗淺的認識,出現了中國的陰陽五行的病理觀和古希臘的“四體液學說”。(3)機械論的醫學:文藝復興,一些科學家把復雜運動簡單歸納為機械運動或物理、化學變化,疾病就是生物體這種機器某部分故障。這種機械的自然觀和實驗方法當時促進了自然和醫學的發展。(4)模式生物醫學模式:19世紀后半葉發現了幾十種致病菌,人們就認為環境、宿主、病因三個相互作用的因素維持著生態平衡,如果失調就會導致疾病,這是從純生物角度進行理解的。(5)生物―心理―社會醫學模式:人們發現抑郁癥、高血壓病、胃潰瘍病、心血管病等與人的心理和社會因素有關。疾病的調控需要生物―心理―社會的相互作用。醫學的發展進入了一個新的時期。
化學作為一門自然學科,在科學技術發展和社會生活中有著重要的作用。化學的發展主要經歷了五個時期:(1)遠古的工藝化學時期:該時期人們從制陶、冶金、釀酒、染色等工藝中累積化學知識,但系統的化學知識還沒有形成。(2)煉丹術和醫藥化學時期:人們記載、總結煉丹術,開始了最早的化學實驗。這一時期積累了許多物質間的化學變化,為化學的發展提供了豐富的素材。(3)燃素化學時期:隨著工業不斷進步和實驗室經驗不斷積累,人們認為燃素是可燃物燃燒的必需條件,燃燒的過程就是可燃物在燃燒中釋放燃素的過程。(4)近代化學時期:這一時期不少化學基本定律被建立起來,例如:提出了原子學說,發現了元素周期律,發展了有機結構理論。這時期為現代化學的發展奠定了基礎。(5)現代化學時期:即是現代科學相互滲透的時期。例如量子論的發展使化學和物理學有了共同的語言;化學向生物學滲透,逐步發現了蛋白質、酶等生命物質的結構。醫學與化學在不斷發展中相互交融、相互滲透。
二、醫學與化學共性
由于醫學與化學的淵源可以追溯到遠古時期,其間自然存在錯綜復雜的聯系。從大的方向來看,醫學的研究旨在促進健康之完美,而身體機能的穩定與相對平衡即完美,與化學中常常追求的反應平衡有相通之處。從小處著眼,二者的原理、基礎乃至研究所需的技術與精細程度要求也時常相差無幾。醫學的合理實踐需要其他相關基礎學科的綜合理論,而化學可以推動建立一個完整的醫學知識體系:許多疾病要從分子水平上加以探究與解釋才能明晰發生機理,化學研究分子在體內的調控表達過程和反應就成為了解和認識疾病的發病機制、演變過程和臨床治療的基礎與熱點。因此,醫學可以說是化學在生命方面的應用,化學又是醫學從基礎學習到理論實踐過程中必不可缺的一門學問。
人體是醫學研究的主要對象,人體各種組織主要由蛋白質、脂肪、糖類、無機鹽和水等相關化學物質組成,含有數十種化學元素以及大量的微量元素。在人體中不斷有化學反應的發生、能量的轉化來維持人的生命進程,當人體內的化學反應向不良的方向進行時就會出現病理現象,這就需要用醫學來解決。醫學的一項重要任務是預防疾病,在預防疾病時離不開化學,例如:環境的檢測、消毒劑的使用等。血液、尿樣等成分的化驗更與化學知識密切相關,通過化學檢驗查出人體的異常。在治療疾病時,藥物的合成以及結構、性質、應用的鑒定,中草藥成分的提取、用途的鑒定,新藥的開發研制,都需要豐富的化學知識來解決。醫學科學日新月異,放射性同位素在醫學中的廣泛應用,臨床治療中使用的人造皮膚、人造器官、人造血管、人造血液等先進醫療方法不斷取得新進展,更是化學與醫學密切聯系的結果。在醫學不斷發展的同時,也需要化學不斷的更新。醫學中新的化驗方法的出現要求新的檢測方法,新藥物的研發要求發現可用于醫學治療的新物質。醫學的發展依賴于化學提供的平臺,化學的進步依靠于醫學的更新。
三、醫學與化學的區別
盡管醫學與化學間存在很多的共通之處,他們的差別依然存在。這首先體現在本質及定義上。化學,即“變化的科學”,旨在原子層次上研究物質的組成、結構、性質及其變化規律。如今已發展出如無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等二級學科,成為公認的“中心科學”。醫學,跨越了自然科學和社會科學兩個領域,成為深深扎根于眾多學科之中的綜合性科學。醫學在于協調人體生理、生理良好狀態及其相關問題,目的是治療預防疾病,保障人體生理機能的健康。其次,化學和醫學分別呈現不同學科層次、內容及形式。最后,兩者在研究方法上存在差別。化學講求實驗出真知,它以現象和數據為階梯,以實驗和推理為基石,最終抵達問題的實質,是一種形式化的方法;它遵循的便是這種形式化的方法,把實驗作為研究的工具,遵循演繹的特征,是以抽象到一般的發展規律,通過不斷的實驗探索,能準確地用概念來表述一個問題的約束條件,達到解決這一問題的一般方式。醫學則更加強調實踐出真理,對已經發生和存在的情況進行調查、觀察,其研究目的明確,研究因素客觀存在,是一種實證性的方法;它遵循的這種實證性的方法,把儀器作為工具,以生命體為研究對象,講究以證實,通過實踐獲取經驗,再歸納、統計達到一般共性。相比于化學,醫學不企求認識研究對象的完整的方面及其全面的相互關系,而是以焦點為中心,從認識的目的出發限定認識的主要方面,得到一個實用的解。最后,醫學和化學的研究對象不同。化學從物質的原子、分子出發,研究單一的物質個體,從個體出發研究整體,就是從局部到全面的研究過程。而醫學主要使用生命體這個整體,要從整體出發,再來研究某一方面,就是從全面到局部的研究過程。
四、醫學與化學交互促進作用
社會與自然環境的迅速變化決定了一些重大發現必須依賴學科的交叉。化學作為基礎學科,其發展水平足以為其他相關學科研究提供發展平臺,醫學也同樣需要借助此平臺繼續發展。例如麻醉劑的誕生與發展,早在1800年英國化學家Dov y H 就發現一氧化氮具有麻醉功效,不久之后,人們發現了具有更好的麻醉功效的乙醚,這對實現無痛外科手術及牙科手術的重要性不言而喻。接著陸續發明的更加實用有效的麻醉劑成為現代的外科手術的基石。1932年德國科學家Gerhard domagk使用偶氮磺胺染料用于治療一位患細菌性敗血癥的孩子并使他得以康復。由此,化學家研究發現并制備了許多新型的磺胺藥物,因而開創了今天的抗生素領域。
現代化學和現代醫學有更加緊密的聯系。例如,無機化學、有機化學和生理學不斷融合并發展出現了一門新的學科――生物化學,其主要是研究生命活動和生理。它就是利用化學的理論和研究方法,對生物的化學組成、生物中亞細胞結構和功能及生命過程中的物質代謝和能量變化等生命活動進行研究。近年來,隨著化學技術的不斷進步,化學在生物高分子的研究領域中取得了突破,從分子水平研究生物大分子的結構與功能從而闡明生命現象本質,由此形成了一門新學科――分子生物學。由于分子生物學的發展,人們對生命的了解也逐步深入到分子水平,對醫學的發展也產生了重大的影響。例如,化學家通過分子層面研究發現了生物遺傳因子的基因是脫氧核糖核酸分子(DNA)。從化學研究方法中發展起來的各種色譜分離技術,在中草藥成分的分離提純上有很大的應用,也給醫學提供了強有力的方法。化學對醫學起了極大的推動作用。
而在化學為醫學的發展提供必要的前提和理論基礎的同時,醫學也在化學孕育發展的過程中起到了非同小可的作用,醫學的水平一定程度上反映了化學的發展狀況。醫學在發展中遇到的任何新的臨床問題對醫學、化學乃至所有的科學技術提出了更高層次的要求,并大大促進了化學的進步。
總之,醫學與化學相互促進并相輔相成,隨著時代的發展,醫學的發展將越來越依賴于化學的進步,而醫學也促進了化學的深入發展。他們之間日益大程度的借鑒及相互滲透將更好地造福于人類社會的發展與進步。
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[關鍵詞] 藥物化學;研究生;培養目標
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] C [文章編號] 1673-7210(2012)05(c)-0161-02
藥物化學學科是藥學領域中的重要學科之一,在我國高等藥學院校中肩負著中華民族藥業發展的重任,藥物化學學科的發展反映著高等藥學院校的現實,在相當程度上預示著一個民族或一個地區藥業的未來。它包括天然藥物化學和藥物化學兩個學科,是化學和生命科學相互滲透的交叉性學科,在人類防病治病的生命過程中起著十分重要的作用。天然藥物化學既闡明天然產物活性成分的性質,又研究天然活性成分的提取、分離純化技術、制備方法、結構鑒定及結構優化,以尋找新型先導結構為主要研究內容的學科,是中藥新藥研究開發及中藥質量研究的重要手段;而藥物化學是一門發現和發明新藥、合成化學藥物、闡明化學藥物性質、探索藥物小分子與機體細胞相互作用規律的綜合性學科。兩者均是以化學藥物為研究對象,為藥學領域尤其是新藥研究領域中富有創新性和挑戰性的重要學科。從學科的進展中,可以看出增強藥物化學學科建設既是歷史發展的需要,同時也是生物醫學背景下培養高質量藥學人才的需要,我們應適時調整專業培養特別是研究生培養目標,為社會輸送高質量優秀藥學人才。
1 藥物化學學科的進展及其培養目標
藥物化學學科在眾多醫藥高校中被列為國家或省級重點學科,也是國內最早授予博士學位的學科之一。縱觀藥學學科的發展,自上世紀40年代末國內藥學就形成了藥物化學、天然藥物學、藥劑學及藥理學四個二級學科,與藥學相關的化學更早就已經形成了無機化學、物理化學、有機化學和分析化學四個二級學科。當時無論是藥學的四個二級學科還是化學的四個二級學科,都只局限在本學科圈內完善各自的理論、方法及體系,形成早期藥學學科經緯分明的學科群環境,這種學科群環境分離于醫學和生物學之外。上世紀50年代,藥學的四個二級學科及化學的四個二級學科,都積極關注醫學和生物學進展,都希望利用醫學和生物學知識創造本學科的前沿,導致了藥學學科環境發生深刻變化。隨后,醫學和生物學的進步使病理、生理現象與藥物分子的依賴關系明朗化,從藥物分子的結構式既可以解讀它的化學性質,又可以解讀它的生物學性質,包括藥物化學學科在內的藥學四個二級學科形成的前沿方向存在廣泛聯系,這些聯系最終表現為二級學科的前沿方向之間出現交叉點,藥學二級學科的界線在醫學和生物學層面上模糊化,藥學二級學科的界線在醫學和生物學層面上更加模糊、廣泛交叉融合。上世紀60年代之后,醫學和生物學進步同樣引起化學家們的極大關注,出現了生物無機化學、生物有機化學、生物分析化學和物理藥學,生物學作為橋梁使化學學科之間的界線模糊化,特別是無機化學和分析化學在內源性標志物測定方向廣泛交叉,并于20世紀90年代迎來了化學生物學時代。如今化學的四個二級學科針對相同的醫學問題做著各自的事情,特別是在細胞化學領域廣泛交叉下,學科界線更加模糊。
可見由于醫學和生物學的進步,分子生物學、分子藥理學、生物化學、醫學、計算機模擬設計及藥代動力學的方法和技術向藥物化學中滲透,使藥物化學學科取得諸多方面的進展。這些進展深刻地影響著藥物化學的自身行為,制約著藥物化學專業的目標,現代藥物化學已與大多數人熟悉的經典藥物化學有本質區別,已由傳統的“化學”向“化學+生物學”到“化學+生物學+醫學”的模式轉變并已經被同仁廣泛認同且產生積極的影響,把握藥物化學學科發展,增強藥物化學學科建設,調整藥物化學學科教育目標特別是研究生教育的培養目標,已經不可回避。
2 天然藥物化學學科的進展及培養目標
天然藥物化學學科的發展經歷了漫長的歷史時期,至今,天然藥物化學已經成為一門成熟的學科。19世紀初,化學家們對已確定的大量天然化學成分的結構按照生源、藥理活性或結構進行分類,并不斷地揭示出不同化合物具有不同的生物合成途徑,如甲戊二羥的結構單元為萜類共有的生物合成材料,生物堿的前體是莽草酸和α-氨基酸等,即生活細胞合成天然化合物的奧秘被逐漸揭示。20世紀在“藥味”濃郁的藥學背景下,天然藥物化學學科得到迅速發展,以色譜技術如柱色譜技術廣泛應用于天然化合物的分離、純化,譜學技術(如紅外光譜、質譜、核磁共振)用于化合物的結構鑒定和生物活性試驗(如高通量篩選等)普遍開展為主要特點。有專家[1]預言,21世紀將是天然藥物化學發展最快的時期,其主要任務有用現代科學技術方法對傳統藥物實驗化、定性和定量化再評價研究;研究生藥基源化學成分以開發新的藥用資源,走可持續性發展道路;尋找創新藥物研究的候選化合物、發展新的天然藥物篩選模型及作用機制探討;設計合理的活性化合物提取、分離、純化工藝和仿生合成及吸收、分布、代謝、排泄和有效性/毒性;從分子水平探討生物進化;充分利用天然手性化合物資源,大力開展手性藥物研究。在研究生的理論教學方面,成熟的藥學院校中有相對較完整的教學體系和理念,并隨著國內外大藥學學科變化動態適當修正部分教學內容和教學任務,研究生在這種隨學科變化而不斷充實和完善的大藥學學科理論熏陶下,對學科的發展和相關學科的動態均有一定程度的認識和理解,待開展科學研究時更敏銳的科研思路和更有能力開展相關性實驗研究,這應歸為綜合性創新人才培養的一部分。但在過去的十多年間,新增專業普遍化、招生規模超常化、培養目標模糊化、課程設置隨意化和經濟利益主導化的辦學行為給藥學教育帶來了一些不確定因素[2],致使研究生的專業課程培養目標還有待進一步加強和完善。筆者認為藥物化學學科研究生的培養應加強從理論到實踐的教學。鑒于筆者主要從事天然活性成分教學及科學研究工作,下面從偏向于天然藥物化學方面的藥物化學研究生理論教學方面,在原有教學成果基礎上,提一些個人看法,便于進一步提高教學質量,培養更優秀的高層次藥學人才。
高等天然藥物化學是一門重要專業課,是天然藥物化學方向研究生不可或缺的一門課,上好這一課程,對培養天然藥化研究生的質量起著重要作用,它囊括了多學科交叉內容。這門課是在天然藥物化學基礎上開設的,重點介紹天然活性成分研究的思路和新動向,拓寬天然化合物類型,如海洋生物及低等植物獨特的次生代謝產物結構類型[3-4]等,更深入地闡明其結構的波譜及光譜特征,使學生對天然藥物化學領域有更全面、更深入的認識和理解,為今后科研工作打下基礎。除加強高等天然藥物化學教學外,還應豐富相關課程內容,如在高等儀器分析教學中增加如太赫茲時域光譜[5]之類的新方法、新技術;增加天然產物研究進展相關內容,如如生物轉化技術[6]、藥物動力學[7]、分子生藥學[8]、轉化醫學[9]、基因工程、高通量篩選、中藥復方研究方法、天然產物活性篩選新技術和中藥質量控制等藥學研究成果。
3 小結
藥物化學學科是藥學領域中的帶頭學科,是化學和生命科學相互滲透的交叉性學科,在人類防治疾病過程中起著不可替代的作用。目前,生物醫學模式下的藥學教學模式已在藥學院校中被廣泛認同并產生著積極的影響,但是新增藥學專業的師生對這種辦學模式并不太熟悉,不能很好地在藥物化學學科教學中發揮作用。充分認識藥物化學學科在高等藥學教育和民族藥業發展的重要地位,調整我們的教學目標,培養高水平藥學專業人才,加強新增藥物化學專業研究生教育,需要多方面的努力,其中優化教學內容、整合師資力量、提高教師隊伍專業化水平等途徑可以實現使教學質量大幅度上升。
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關鍵詞:高中化學;教學;方法
一、教學主體本位的確立
(一)新課程確立以科學素養為本的教育目標。“以進一步提高學生的科學素養為宗旨”正是新課標的活力所在。為了體現對高中學生科學素養的培養,課程標準從“知識與技能,過程和方法,情感、態度與價值觀”三個維度構建了課程的目標體系,并提出學生要從日常生活或化學學習中提出問題,并進行初步探究;能用變化與聯系的觀點分析化學現象,解決一些簡單的化學問題;保持和增強對生活和自然界中化學現象的好奇心和探究欲,發展學生學習化學的興趣;要發展合作、勤思、求實、實踐和創新的科學精神等。
(二)新課程確立了教學時空范疇的改變。新課程理念下就是要突破教育的封閉狀態,打通生活與學科的通道,讓化學教學具有鮮活的色彩。把課程資源的內涵延伸到現實生活中的各個方面,充分利用現實生活中的教育資源,從而建立起校內外教育資源網格,構建開放式的教育體系,突破原學科教學時空上的封閉狀態,提供給學生更多的獲取和生成知識的渠道,使學生主動了解、關心、體驗化學與生產、生活和科技關系的情感,培養學生獲取知識的興趣、方法和能力。
二、認知主體動因之激發
心理學認為,學習興趣是指人們以學習需要為基礎的學習知識、探究事物的心理傾向,是個體活動的內在動力,它能使個體對學習活動保持注意,并帶有積極的情緒色彩,它是學習的內在動機,是推動學生探求知識的一種意識傾向性。高中學生學習化學的興趣是促進學生探究物質及其變化規律的一種重要內在動力,具有較強的動機功能。興趣可以激勵人們敏銳地觀察、積極地探索并提出、分析和解決問題。努力激發和培養學生的學習興趣,使學生樂于探究物質變化的奧秘,體驗科學探究的艱辛和喜悅,感受化學世界的無窮樂趣,是新課程理念下化學教學的途徑和任務之一。
(一)改變教學模式,營造學習氛圍,激發學生的學習積極性。高中學生的年齡特點決定了他們好奇、勇于探索的個性,樂意接受新事物,容易吸收新知識,教學中我們可以多形式來激發學生的求知欲。筆者認為,為打開學生的思路,課堂中注重學生的自主參與,組織學生討論、交流、探究,努力為其創造自主學習的機會,進一步調動學生的積極性。
(二)教師動之以情,積極發揮情感之作用。教師高尚的人格,良好的行為,熱愛學生的態度等,最能感染和鼓舞學生。要成為教學上成功的教師就要在課堂上是嚴師,課后是朋友,真正做到去關心學生的生活、學習和交往中的困難,以自己人格和情感的力量吸引學生,使學生喜歡上自己所授的科目,為提高自己的教學質量打下堅實的基礎。
(三)發揮實驗魅力,培養學習興趣。有趣生動的化學實驗,可以誘發學生的靈感,進一步激發他們的好奇心和學習興趣。如學到“乙醇”內容時,可以做“燒不壞的手帕”實驗,學生的注意力分有意識注意和無意識注意,通過有趣的實驗能把兩者有機結合起來,起到事半功倍的效果。使學生知道知識的趣味性和重要性,增強學生學好化學的自信心。
(四)重視開展科技活動,提高學生學習化學的興趣。如通過講座介紹化學發展史上的名人;利用多媒體放映一些與化學有關的影視作品等活動,既增長了學生知識,又讓學生對化學產生了濃厚興趣,從而提高了學生學習化學的主動性,為學生提供源源不斷的學習動力。
三、認知活動方法之啟用
在教學中我們應該充分認識到認知活動的主體是學生。要較好地發揮學生的主體作用,就要有目的、有計劃地對學生進行自學方法的指導和自學能力的培養。在化學教學中,培養學生的自學能力,可以具體為以下三方面:
(一)重視閱讀,掌握學習方法。閱讀能力是自學能力的基礎,學生沒有閱讀能力,不會使用教材,就會缺乏閱讀教材的興趣。所以教師應有組織、有計劃、有目的地引導學生進行閱讀訓練,使教材與課堂教學相配合,既起到課前預習的作用,又能使自學成果在課堂上得到驗證,從而增強自學信心和激發自學的樂趣。
(二)加強實驗,培養動手動腦之能力。化學是一門以實驗為基礎的自然科學。利用好實驗教學能夠幫助學生形成概念,理解知識,培養能力。教學中要加大學生實驗活動的容量,通過實驗引入概念,得出規律,檢驗假設,發展思維,培養學生探究知識的興趣和能力。安排家庭實驗,如學習原電池知識后,讓學生利用生活中的某些物品自制簡易原電池,引導學生把知識轉變成實際應用。這樣學生就會主動設計實驗,去探究創新。利用課余時間,通過探究式實驗,也能提高學生的動手能力。