時間：2023-06-21 08:55:23
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇化學分子工程，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
計算機變得與試管一樣重要
在漫長的歷史時期，對化學家而言，試管是他們最為重要的工具，另外通過小棒和小球，他們就可以搭建出一些化學反應的分子結構。但是當人類進入計算機時代以后，對化學研究人員而言計算機開始逐步變得與試管同樣重要。
中科院化學研究所分子反應動力學國家重點實驗室主任邊文生表示，化學反應是一個微觀過程，許多化學反應的發生可能只需要幾微秒，傳統上用實驗手段描述出反應過程的每一個步驟幾乎不可能實現，而此次獲獎的三位科學家使計算機成了描述一些化學反應的重要工具。
諾貝爾評審委員會說，卡普拉斯、萊維特和瓦謝爾研究的開創性在于，他們讓經典物理學與迥然不同的量子物理學在化學研究中“并肩作戰”。以前，化學家必須二選其一。依靠用塑料棒和桿創建模型的經典物理學方法的優勢在于計算簡單且能為大分子建模，但其無法模擬化學反應。而如果化學家選擇使用量子物理學計算化學反應過程，但巨大的計算量使得其只能應付小分子。為此，在20世紀70年代，這三位科學家設計出多尺度模型，讓傳統的化學實驗走上了信息化的快車道。在由這三位科學家研發出的多尺度模型的輔助下，化學家們就可以讓計算機做“做幫手”來揭示化學過程。
諾貝爾化學獎評選委員會在當天發表的聲明中說，現在，對化學家來說，計算機是同試管一樣重要的工具，計算機對真實生命的模擬已為化學領域大部分研究成果的取得立下了“汗馬功勞”。并且通過模擬，化學家能更快獲得比傳統實驗更精準的預測結果。
研究成果被廣泛應用
事實上，也正是三位科學家上個世紀70年代的開創性研究，讓計算機模擬揭示復雜的化學反應過程成為可能。此后，經過長期努力，科學家們建立了更加準確和普遍適用的量子化學和分子力學結合的多尺度計算模型。
邊文生表示，卡普拉斯、萊維特和瓦謝爾所發明的多尺度模型的意義在于其具有普遍性，可用來研究各種各樣的化學過程，從生命分子到工業化學過程等，都可以應用到他們研究的模型。
北京大學化學與分子工程學院長江特聘教授夏斌表示，如今無論是在化學領域，還是分子生物學領域，三位獲獎者的研究成果都已被予以應用，其已經成為了很多研究人員十分重要的研究工具。
“如今，蛋白質、核酸、碳氫化合物等生物大分子的研究，最新研究與開發的藥物設計等相關研究，幾乎都離不開三位獲獎者通過計算機模擬出的化學分子模型。”邊文生說。
關鍵字：sbs卷材；建筑防水材料；檢測技術
中圖分類號：TU57文獻標識碼： A 文章編號：
一、快速檢測方法
1.1解析實驗儀器
使用傅里葉變換紅外光譜儀進行檢測，該設備對指紋功能檢測效果比較明顯，檢驗得出的特征是一種紅外光譜圖類型。該設備是依據每種材料中的化學分子分布情況進行檢測，解析化學分子組建情況，這些綜合特征能夠識別出混合物的性質和結構類型。SBS卷材化學成分主要是石油瀝青，另外還由玻纖氈以改性劑組成。FT-IR檢測方法，它是基于計算機輔助原理下，對材料中的成分進行檢驗。定量、定性的分析神經網絡變動情況，最終由準確的數據進行評析。其檢測時間比較短，在幾分鐘之后便可獲得檢測結果，該檢測方法能夠幫助人們實現區分材料組分目的。
1.2解析檢測材料
時常需要試劑及材料是：需要化學物質三氯甲烷、需要氯化鈉、需要，窗片包括溴化鉀以及溴化元素等等。這些材料要準備充足，進行檢測時，保障具備足夠的量，提升檢測質量。需要的檢測儀器有，FT-IR儀器，該儀器能夠保障波段在40000到400-1范圍內，檢測使用的樣品是4cm-1，當達到這個分別率需求便可。另外，還需要保障檢測環境，一般要求為室內溫度要在18攝氏度到25攝氏度以內。室內的濕度要保障在大于或者等于60%。樣品的制備應該在規定需要內進行制定，在定性分析中，準備的樣品性能要強，它的吸收峰透過率應該保障在10%左右。進行檢測時，應該依據SBS防水卷材性能，分析該材料物理性能以及化學性能之后，再使用備置的試樣進行取樣。在進行檢驗時，應該使用刮刀將瀝青表面的材料刮下1到2mg樣品。將這些樣品磨成粉末，將其放置溴化鉀中，一般而言，該溴化鉀等級應該保障在A.R級別中，粉末的數量為100mg。這些材料融合在一起之后，將其放置磨具中，使用壓片機進行壓縮，樣品就這樣被研制而成。
1.3討論
進行鑒定時，使用的是特征峰，該特征峰不完全放置在指紋區內，它可以在外表得到覆蓋，而且執行整個波段覆蓋。舉個例子：在這些材料中，煤焦油同石油瀝青性能比較相似，都會具有大量的特征峰，而且還會重疊在一起。在這特征峰的范圍一般都在860cm-1到760c-1之間，隨著這些峰值的累積，會形成多蜂群。這些蜂群積累數量越多，對人體的危害越大，因為這些材料一般都會含多環芳烴。當含量增加時，人體的健康便受到危害。經過研究發現，瀝青的特征峰重疊現象比較復雜，但是這兩者之間卻有明顯的區分。例如，甲基的區分就比較明顯，在3030到3050cm-1范圍內時，就被分析出來。實驗人員根據瀝青的材質以及數據類型進行分析，便可獲取準確分析結果。而且，從全譜圖景上看，它的填料、固化以及增塑劑等等覆蓋率比較高，每個階段的峰值也不盡相同。存在明顯的差異，可以根據才差異做出準確的檢測，這樣能夠達到檢測目的。
二、常規檢測方法
根據國家檢測技術進行檢測，這些檢測要求在《彈性體改性瀝青防水卷材》已經有明確規定。檢測項目也比較清晰，一般而言，主要檢測項目有耐熱度檢測、不透水性能檢測以及拉力檢測等等，檢測項目比較繁多。在進行檢測時，一般會包含四種檢測指標要求，根據指標進行檢測會取得較佳效果。在進行檢測時，時常會發現問題，SBS卷材檢測結果主要有低溫柔度檢測和耐熱力度檢測，這兩項檢測技術比較成熟，在進行檢測時，將其定位為二項檢測指標。在往后檢測時，應該著重檢查可溶物，使用小尺度的方式進行檢測，這樣擴建索氏萃取效率，提升檢測效率。國家標準要求，進行檢驗時，要將國標要求的100mm*100mm轉化成50mm*50mm，另外，萃取器大小也應該進行調整，將其高度擴大到1000MI。在保障其他條件不變的情況下，可以提升檢驗結果。通過實踐發現，實驗時間明顯縮短，從最初的75小時到95小時之間下降到40小時到60小時。雖然時間縮短，但是最終的檢驗結果不會改變。這實驗結果達到降低實驗成本、提升實驗質量目的。
三、外觀鑒別
從材料外觀上看，可以適當的加入一些改性劑，當SBS材料容量達到12%時。卷材具有彈性效果，而且柔性也比較好。當觸摸這些材料時，會感覺手感輕柔。材料的表面比較平整，看起來比較美觀，不會出現裂紋等現象。而且該材料的粘結比較牢固，在烈日照射下，不會有濃重的氣味。只要加入少量的SBS材料進行改性或者使用想繳費進行處置會取得良好效果，假設那些會出現冒油的SBS卷材，彈性比較差，而且表面會出現斑點，一旦被太陽照射氣味比較濃。在進行選擇材料時，應該根據材料性能進行選取。通過實驗結果發現，材料的化學性能和物理性能影響材料使用途徑。在實際應用中，應該把握住材料性質，隱去材料弊端，放大材料優勢，這將取得良好效果。
四、結束語
經過大量的檢測發現，樣品的可溶物含量比較高，進行溶解時具有不透水性質，而且拉力延伸率比較高。在進行檢測時，著重注意低柔度檢驗，如果不通過該指標檢驗，應當將其定位為不符合要求之材料。因此，進行檢驗時，低溫柔度以及耐熱度成為評判sbs卷材是否適合需求條件之一。
參考文獻
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[2]楊勇,朱建潮.科威特中央銀行新總部大樓地下室防水混凝土施工技術[J].施工技術,2013年6期
[3]李美華,蔣小軍.切割鰭和掃帚鰭磨片組合打漿提高防水銅版原紙品質[J].紡織導報,2013年4期
――摘自張建日記
最后一次見到張建時，他已經躺在了醫院的病房里。雙頰深陷，本已不太結實的身板更顯瘦弱。即使眼珠內的眼白已經變成黃色，眼睛里仍有青春陽光的神采。
他仿佛一眼看穿了筆者的難過和不安，用淺淺的微笑安慰著。那絲笑容，成為定格在筆者腦海中關于他的最后印象。
2014年4月15日，二炮某基地作戰保障團警防營技術室助理工程師張建因長期高強度、滿負荷的工作，導致身體透支、積勞成疾，獻出了他年僅32歲的生命。
革命人永遠是年輕。張建，從軍13年，歷任學員、排長、副指導員、助理工程師，無論在什么崗位，給人的印象始終充滿斗志和激情。幾個月過去了，對于熟悉他的人來說，追憶張建，青春依舊，熱血沸騰。
追夢少年
熱愛歷史、文學，喜歡爬山、打籃球、踢足球……在父母親的眼里，張建永遠是那個長不大的“追夢少年”。
高中畢業那年，本可以保送上大學的張建，聽到軍校招生信息，就像打了興奮劑：這就是我想去的地方！
出于同樣的原因，防化學院畢業時他選擇了艱苦的青海高原。然而，他在學校所學專業是防化指揮，到技術室后，面對新的化驗分析崗位，他頭一次感到了力不從心。為了盡快適應新的工作崗位，張建經常一個人“泡”在學習室。通過努力，幾十張密密麻麻的常見有毒有害物質化學分子結構圖，他都能熟練地默畫、背講下來。張建總是說，知識是自己的，誰也奪不走，那才是真正的財富。
有一次，二炮通過廠家給營里送來了一套“質譜、光譜、色譜”化學分析的新裝備，并指派一名專家負責交接。為了在專家離開前，掌握新裝備的性能和操作，張建緊緊跟著專家，不斷地提問，不斷地記錄。專家無可奈何調侃道：“給你們送裝備，連我的休息時間也送給了你們！”
這些年，經過不懈努力，張建的追夢之旅不斷結出果實：先后排除化驗裝備故障30起，解決技術難題10起，創新專業方法3項，編寫防化專業教材、規程、工作流程等35冊，參加二炮防化專業比武，取得化驗組第一名并榮立二等功。
創新“刀鋒”
說起張建，技術室主任王猛印象最深的就是那張標志性的“空鋪”。他說，很少能見到張建按時休息，他自己也經常加班，但幾乎每次都發現張建比自己睡得還晚。
那年，營里接回一臺新型檢測車，但苦于沒有操作使用教材，檢測車的專業訓練一直沒有開展。得知此事，張建找到營長胡金波：“我們可以組織官兵自己編教材，要不讓我試試！”得到首肯后，張建說干就干。他每天只睡三四個小時，為了不影響同宿舍人休息，后來直接住在了檢測車上。最終，張建編寫完成了6萬多字的某新型檢測車操作使用教材。書稿出來了，張建像大病了一場，體重降了10多斤。如今，這本教材早已被第二炮兵推廣到各基地防化分隊使用。
一次，在準備參加核生化防護比武競賽的過程中，張建發現在進行毒劑樣品檢測這個環節中，按照教材上規定的單樣品檢測法，時間過長。“戰時爭分奪秒，而這種檢測方法顯然太慢！”他寢食難安，同事不理解他：“這種檢測方法是多少化驗前輩在實際操作中總結出來的，你就不要瞎折騰了！”張建依然執著。經過幾十次的反復試驗，他終于提煉出了一種多樣品同步檢測法，比原來的時間提高了近6分鐘。同時，他還大膽提出“同時分析法”，把原本6套依次走的流程，改成4套一起走的流程，大大提高了分析效率。
生命終曲
今年2月以來，張建經常感到全身無力，有時呼吸困難，肩不能抬，手不能提，蹲下去站不起來，經部隊醫院診斷為肌無力。醫生囑咐他按時服藥，定期到醫院復診。“工作狂”的張建常常把醫生的話不當回事，而是更拼命地工作著……
然而，病魔卻沒有因他拼命工作而退卻。事實上，他并沒有把肌無力這種病當回事，后慢慢發展為重癥肌無力并伴有惡性胸腺瘤，逐漸出現了胸痛、吞咽困難和呼吸困難等癥狀。到最后，他的胃部被打開時里面已是腫瘤遍布。
生命不息，戰斗不止。就是在住院前一天他還帶病參加了戰場救護訓練，他硬是坐在操場上完成了他生命中的最后一堂訓練課。
手術后，張建晚上疼得睡不著覺，陪床的李戴吾心疼地對他說：“張工，疼你就喊出來吧，這樣會舒服些。”他卻執拗地說：“這點病痛就想讓堂堂軍官妥協，沒門！”
接下來的幾日，張建病情經常出現反復，有時呼吸困難，有時昏迷，最后無法言語。在他恢復意識時，便吃力地伸出右手，比劃某個動作。可是，當筆遞在張建手里、紙擺在張工面前時，他卻僅僅能握住筆桿，無法寫清楚任何一個字。潔白的紙面上，只留下一串串密密麻麻的黑色線條。
那是給妻子最后的情書嗎，為了未能兌現相伴一生的承諾而黯然長嘆？還是在向年邁的父母說話，訴說為了盡忠而未能盡孝的深深抱撼？抑或是他心中始終牽掛和沒有完成的工作？
法國斯特拉斯堡大學的讓-彼埃爾?索維奇（Jean-Pierre Sauvage）教授、美國西北大學的詹姆斯?弗雷澤?斯圖達特（James Fraser Stoddart）爵士以及荷蘭格羅寧根大學的伯納德?L?費林加（Bernard L. Feringa）教授共享2016年諾貝爾化學獎，他們因在分子機器的設計和合成上的貢獻而獲獎。這讓許多人不禁感慨，諾貝爾化學獎終于頒給了屬于純化學范疇的“分子機器”。此前歷屆諾貝爾化學獎都授予了交叉學科，比如生物化學和生物物理等。
簡單來說，這是一個有關在分子層面微觀尺度上設計機器的故事。這幾位獲獎人成功地將分子連在一起，開發出了只有頭發絲千分之一粗細的“分子機器”，共同設計了包括分子電梯、分子馬達、分子人造肌肉在內的各種分子機器。正如諾獎委員會所言：“他們掌握了在分子層面上控制運動的技術。”
分子機器的幻想
“分子機器”又稱生物納米機器，是在1959年作為納米技術的概念被提出的。簡單來說，“分子機器”就是在分子水平上，由一個分子或幾個分子，通過分子的運動，實現宏觀機器的運動。它主要由蛋白質等生物分子構成，具有小尺寸、多樣性、自適應，以及僅依靠化學能或者熱能驅動等其他人造機器難以比擬的性能，對促進生物學以及仿生學的發展具有重要意義。
早在1959年，當時著名的物理學家理查德?費曼（Richard Feynman）就大膽預測，在納米尺度下打造機器是可能的，分子機器未來將會在納米機器人操作手術和定位藥物在人體內的輸送方面起到關鍵作用。他說：“雖然這個想法聽起來很瘋狂，但是如果人們能夠吞下一個納米外科醫生，這樣的手術會很有意思。”他描繪道，只要把這個外科醫生放進人體的血液中，它就能夠抵達心臟，并且查看哪里出了問題，然后納米機器人會拿出小刀，把不好的地方（比如腫瘤部位）切除。
費曼的想法很快在1966年美國的一部科幻影片《神奇旅程》（Fantastic Voyage）中得到了體現。影片講述了一名科學家因腦血管遭到間諜破壞而命在旦夕，為了救他，5名美國醫生乘坐飛船，在被集體縮小后注射進他的體內進行血管手術，完成任務后經眼睛逃出，從而拯救了他的生命。
50年后的今天，人們雖然仍然未能將科幻變成現實，但是很多人還在努力去證實費曼的預言，當然這個證明過程是漫長的。
索維奇研究出分子機器的雛形
在科學研究中，靈感常常來自完全不同的領域。讓-皮埃爾?索維奇一開始的研究領域是光化學，這個領域的化學家試圖開發能夠捕獲太陽能并用它驅動化學反應的分子復合物。當索維奇建好了其中一個光化學分子模型之后，他突然發現這個模型與分子鏈的相似之處：一個核心離子周圍纏著兩個分子。這靈光一閃使得索維奇的研究方向大轉，從而復興了拓撲化學領域。
1983年，讓-彼埃爾?索維奇踏出了分子機器研發的第一步。當時，他成功地將兩個環形分子連接起來，形成一根鏈，并將其命名為“索烴”（Catenanes）。其中一個環能在接受能量后受控繞另一個環旋轉，這是非生物分子機器的最初雛形。通常，分子是由共價鍵（原子共享電子）結合而成，但在“索烴”里它們是通過更自由的機械結合連接。機器要完成任務，必須要有相互之間能夠相對移動的部件，這兩個相互扣合的環形分子就能符合這個要求。
斯圖達特向分子機器邁出第二步
詹姆斯?斯圖達特小時候成長在蘇格蘭一個沒有電也沒有任何現代設施的農場，他用拼圖游戲來打發時間。這就給了他一個化學家所需要的訓練：辨認形狀，發現它們可以怎樣組合在一起。他還被化學中的一種可能性所吸引，就是可以成為分子藝術家――雕琢出世界上從來沒有人見過的形狀。
斯圖達特在1991年完成了分子機器研發的第二步――利用分子間的互相吸引，研究出“輪烷”（Rotaxane）。他將一個分子環穿入一個細的分子軸，證明了環狀分子能隨軸運動。于是他得到了“輪烷”：一個環狀分子以機械作用套在一個軸上。
接下來斯托達特利用了環能在軸上移動的特性（加熱時，環會在軸之間前竄后跳――就像一個微型梭），在1994年做到了完全控制其運動，使得它不再只會自由隨機移動。之后，他和他的團隊以“輪烷”為研究基礎，構建多種分子機器：分子電梯（2004年），它可以將自己從表面上抬高0.7納米；還有人造肌肉（2005年），能把一塊非常薄的金箔弄彎。斯托達特還和其他研究者聯手開發了一種基于“輪烷”的計算機芯片，能儲存20KB的數據。現今計算機芯片中的晶體管已十分微小，但是和“輪烷”芯片一比都要算是巨型了。我們相信分子計算機芯片能夠像當年的硅片晶體管那樣，給計算機技術帶來又一次革命。
費林加是研究出分子馬達的第一人
正常情況下，分子的運動是隨機的，一個旋轉的分子向左與向右轉動的概率大體相同。對于分子機械工程來說，重要的目標是制造出一個能夠在同一方向上持續旋轉的馬達。在20世紀90年代，該領域的研究者們作出了許多不同的嘗試，但是最先取得突破的是荷蘭人伯納德?L?費林加。
1999年，費林加研究出分子轉動葉片，成功地使葉片持續朝一個方向旋轉，并保持此方向不變。分子由兩個像旋翼葉片般的結構組成，由一對碳碳雙鍵連接。每個葉片分別與一個甲基相連，它們和葉片一起如同棘輪般運作，迫使分子朝同一方向轉動。當分子被暴露在紫外線脈沖下時，一個旋翼葉片圍繞中心的雙鍵翻躍了180度。接著，棘輪運轉到位。當下一束脈沖到來時，葉片又再翻躍了180度。這個過程不斷重復，分子就按照相同方向旋轉，就像一個“分子馬達”一樣。這被視作分子機器領域的標志性事件。
雖然第一個“分子馬達”的速度并不快，但費林加還是成功用“分子馬達”轉動了比它大一萬倍的玻璃杯。在2011年，研究組還制造了一個四輪驅動的“納米車”，一個分子底盤將四個“馬達”聯結在一起，當作車輪使用。當車輪旋轉時，納米車就在表面上向前行駛。后來費林加的研究組對“分子馬達”進行了優化，在2014年，使旋轉速度達到了每秒1200萬轉。
在宏觀層面上，如果數以億計的分子機器共同協作，確實能夠改變材料的某些宏觀性質。比如能夠根據光或化學信號進行伸縮的智能凝膠就可以用來制造可調節型鏡片或傳感器。費林加曾說，“我敢打賭，在未來5年之內，嵌入了分子開關的新型智能材料就會問世。”
邁向全新而充滿活力的化學
所有的化學系統都會力圖達到平衡，這是一種低能量狀態，但這更是一種僵局。這些研究之所以能獲得2016年的諾貝爾化學獎，很重要的一部分原因在于研究者驅動著分子系統遠離了這種僵局。他們還開創出分子機器發展的道路，使分子的運動具有可控性，因此誕生的一系列化學結構，成為全世界研究者用于進一步創作的工具箱。其中最令人震撼的例子是一個可以抓取并連接氨基酸的分子機器人，它是2013年以“輪烷”為基礎建造出來的。
[關鍵詞]材料；有機化學；分子模擬；創新；教學改革
1前言
材料有機化學作為化學學科的基礎課程，其主要研究化學材料的結構與性能。相較于其它課程，材料有機化學的理論性強、知識點多、化合物結構抽象、化學反應機理復雜。在傳統的教學中教師往往采用實物模型展示的方式，然而現今材料化學中的化合物種類繁多，現有的簡單模型已經不能滿足日常教學的需要，因此在教學過程中學生很難理解部分復雜結構的化合物及其反應機理。如何將材料化學中的結構形象化、具體化是提高該課程效率的關鍵。隨著計算機的飛速發展，計算化學作為一門新興學科在生物、醫藥、化工等領域發揮越來越重要的作用[1-2]。傳統的物理、化學研究方法面臨著周期長、設備復雜、資金不足等問題，而模擬計算從量子力學角度進行材料結構與性能研究，被認為是揭示微觀機理與加速宏觀研究的有效手段。當前，模擬計算已經大規模的應用在科學研究中。在眾多模擬軟件中，Materialstudio(MS)具有友好化的Wiondows操作界面，可以將微觀結構立體化，使得原本抽象的結構具有可操作性，同時它能夠解決很多宏觀上難以觸及的問題，諸如：分子軌道、偶極矩、分子間作用力、熱力學性質、結構穩定性和化學反應過程機理等。將MS應用在材料有機化學的教學中，可以將課本理論與實體化的反應歷程結合，提高學生的理解力，形成長效記憶。下面筆者將從材料有機化學的教學現狀、模擬軟件介紹以及模擬計算用于材料有機化學教學中的實例展開詳述。
2材料有機化學的教學現狀及存在的問題
材料有機化學課程的服務面大，基本是生物、化學、化工、醫藥等專業的必修課程之一，對本科生后續課程學習乃至科研工作都起著關鍵作用。然而對于多數學生而言，該課程通常被認為是一門可怕的、掛科率高的課程，部分原因是知識點分散且抽象化。現階段，板書和幻燈片教學是眾多高校及科研院所的主要教學模式，缺少革新。正如國際化學聯盟化學教育委員會前主席所感慨的那樣[3]：“我們的許多教科書和教學方法都停留在過去的30~50年里，沒有太大的改變。”然而抽象的書本教學使得學生在學習、理解該課程上出現了困難。學生難從本質上理解材料化學涉及的微觀結構、分子間作用力、反應機理，從而覺得有機化學是一門枯燥乏味的理論課程。在研究材料有機化學教學現狀中，渥太華大學化學教授艾莉森·弗林發現學生很不擅長對長鏈有機物進行命名，同時多數學生在思考反應機理時，很隨意的將電子從一個分子分配給另一個分子，而不考慮這些分子之間化學鍵的限制。弗林教授歸其原因是學生不能將材料分子的空間結構繪制出來，從而無法理解成鍵規則。總結而言，現階段的有機學習教學中主要存在以下問題：(1)單靠閱讀書本，學生很難構思出三維立體的分子結構；(2)抽線的理論知識使得學生無法從本質上理解反應機理，從而加劇對有機化學課程的厭學情緒。值得一提的是，特別是進入冠狀病毒病大流行的特殊時期，晦澀抽象的材料化學在遠程教學中面對著更大的挑戰。
3分子模擬及模擬軟件簡介
盡管如此，新挑戰也預示了新契機。現今隨著計算化學的飛速發展，分子模擬被認為是一種提高學生學習化學知識興趣的有效手段。諸如：Gaussian、Vasp、CP2K、Materialstudio等，這類模擬軟件均基于一系列的半經驗公式，包含密度泛函以及從頭算方法等，被廣泛的應用于材料有機化學中的微觀結構解析以及反應機理探究，其在數字教學中或將發揮巨大作用。渥太華大學弗林教授他們借助可視化的OrgChem101模擬計算程序幫助學生了解化學語言和符號，并掌握長鏈有機物的命名及成鍵規則。此外，新加坡國立大學的化學教育者最近開發了一種方法，將化學模擬軟件融入實驗教學，改進了當地的教學策略。在國內，安徽醫科大學提出將Gaussian模擬軟件用于波譜分析的教學，利用模擬光譜有效區分出手性對映異構體[4]。此外，重慶文理學院采用化學模擬軟件輔助反應機理的教學也取得很好成果[5]。然而如何融合模擬計算更形象的呈現材料有機化學中的抽象模型，相關報道較少，亟需我們進行深入的研究探討。筆者自高校工作以來一直從事材料有機化學的教學科研工作，對材料化學課程的現狀以及突破點有一定的理解，因此提出以模擬軟件輔助材料有機化學的教學模式。BIOVIAMS擁有一套完整的建模和模擬環境[6]，包括：量子力學、分子力學、分子動力學、介觀動力學等，旨在讓材料科學和化學領域的研究人員預測和理解材料的原子和分子結構性質及其表現出的宏觀性能。眾多科研人員正在利用MS軟件設計開發各種類型材料，包括催化劑、聚合物、復合材料、金屬、合金、制藥、電池等。本文筆者將闡述自己在材料有機化學教學中，采用理論模擬輔助教學的一些實例，包括發展三維立體教學，通過MS這一可視化模擬軟件，在線搭建三維長鏈分子及其空間構型，更直觀的獲取材料分子的結構信息；為化學反應提供可視化的動態過程，讓學生對反應歷程、過程機理有本質性的理解。實踐證明，將模擬軟件融入材料化學的教學中，充分調動了學生的學習激情，提高了學生對基礎知識的深入理解。
4軟件模擬在材料有機教學中的應用實例
4.1分子三維結構的在線搭建及其空間結構分析
在材料有機化學課程中，分子結構、同分異構體以及立體異構體等是一個重要概論。初次接觸的學生往往會由于缺乏空間想象力，而無法在腦海中操縱、旋轉復雜這些結構。利用MS中Visualize模塊可以繪制分子的微觀結構以提升學生對空間想象力的培養。圖1可視化的有機分子及其空間結構Fig.1Visualizedorganicmoleculesandtheirspatialstructure如圖1a中，我們可以看到不同雜化方式的碳原子，并且能夠從三維角度觀測它們的空間構型。再如，判斷同分異構體的構象是教學中的一個重難點。我們知道同分異構體是由于分子中單鍵的旋轉而產生了相同原子而不同排列形式的構象，同分異構體間的化學性質截然不同。如圖在1b-c中，如何判斷1,2-二氯代丁烷兩種同分異構體的內內消旋性？MS模擬軟件可以輕松解決該教學問題。首先通過在MS繪制出1,2-二氯代丁烷的兩種空間構象，可以清楚看到圖1c中的對稱性是由不對稱性的碳原子引起，因此具有內消旋性，即為(2R，3S)1,2-二氯代丁烷。以上僅僅是簡單分子的繪制，MS的功能強大在于它特別適用于復雜分子的繪制，如碳納米管、C60、石墨烯等，如圖1d。MS可以自定義的繪制任何有機物質，該軟件的工具欄提供了多種雜化方式的碳鍵，方便在教學中隨意的切換。利用該套繪制分子空間結構的功能，學生能夠從不同角度觀察分子的空間結構及成鍵方式，從而輕松解決材料化學中涉及鍵長、鍵角、軌道、電荷分布以及原子共平面等問題。通過在線搭建不同空間構型的有機化學分子，學生甚至可以遠程親手操控、旋轉、增減該結構，加深對雜化理論以及同分異構的理解，極大增強對材料有機化學學習的興趣。
4.2模擬計算分子間作用力
分子間作用力是指作用于原子和它相鄰粒子之間的引力或斥力。分子間力相對于分子內力來說是很微弱的，主要包括氫鍵、配位鍵、范德華力、共價鍵、色散力等。深入理解分子間作用力對于材料有機化學學習非常重要。這里筆者將以氫鍵為例，闡述模擬計算在識別氫鍵中的有效作用。氫鍵指的是一個氫原子與一個電負性高的元素(通常是氮、氧或氟)以共價鍵的形式結合，鍵能介于成鍵作用和非鍵作用之間，常被描述為偶極-偶極鍵的一種極端形式。實際中，氫鍵的形成需要滿足一定距離和角度要求。如何判斷是否有氫鍵形成以及氫鍵形成的數量是判斷材料穩定性的一個關鍵。在模擬計算中，通常根據以下兩個標準進行氫鍵形成的判斷(圖2a)：(1)施體(指與氫原子成健的原子)與受體(指與氫原子形成氫鍵的原子)之間的距離小于等于0.35nm；(2)氫原子-施體-受體之間的夾角小于等于30度。為進一步在課堂上使氫鍵可視化，我們創建了水分子(圖2b)，可以看到幾何優化后的水分子氫氧鍵長為0.96?，鍵角約為104.5度。而后構建1.0kg/m3的水盒子，能量最小化后計算出氫鍵分布。圖2b中氫鍵用藍色虛線表示，可以清楚看到中間水分子形成了3個氫鍵，進一步計算顯示，水相中每個水分子約可形成3.5個氫鍵，跟文獻報道一致。同時該模擬計算也給出了體系內的范德華及靜電作用能分別為27.5kcal/mol，-150.9kcal/mol。MS為體系分子間作用提供了可視化的分析方法，在教學過程中，通過該套算法搭建分子間微觀作用力與材料宏觀性能之間的匹配性關系，將材料有機化學教學提升至一個新的高度。
4.3催化反應過渡態計算
過渡態理論認為化學反應中原子排列位置的變化是連續的，從反應物到生成物中間存在一個中間體，即過渡態，該中間體與反應物的能量差為反應活化能(圖3a)。催化劑的加入能有效降低該活化能，使得化學反應更易進行。為了更直觀的描述催化反應過程，筆者常用MS中的量化計算輔助課程講解，使得原本抽象的催化反應歷程具有可視化效果。甘油催化裂解是筆者在教學課堂中常舉得一個例子。眾所周知，甘油蒸汽在沒有催化劑的情況下十分穩定，解離能很大，但是在Co催化作用下，其裂解活化能得以有效降低。為了探討甘油蒸汽在Co0和Co2+界面處的轉化過程，采用量子力學模擬計算甘油催化裂解。如圖3b，計算過程中，由于能量最小化的驅使下，甘油分子最終停留在Co0和Co2+界面處，此時體系最穩定。隨后根據公式計算出甘油四步裂解過程中的能壘數值，并繪制過程階梯圖，如圖3c。根據該階梯圖，我們能清晰的看到甘油分子在界面處的裂解催化所需的能壘最低，即表明此反應最容易發生。材料化學教學中通過該實列的操作展示，學生可以更直觀的看到化學反應是如何一步一步進行的，并且了解每一步都需要克服反應能壘，加深對催化反應及過渡態理論的理解。反應步驟一：CH2OHCHOHCH2OH→CH2OHCHOHCHO*+H2反應步驟二：CH2OHCHOHCHO*→CH2OHCH2OH+CO*反應步驟三：CH2OHCH2OH→CH3CHO*+H2O反應步驟四：CH3CHO*→CH4+CO*
5結束語
[關鍵詞]農林；無機及分析化學；試題庫
無機及分析化學課程是我國農林院校的一門公共基礎課，以西北農林科技大學(西農)為例，每年有過一半的大一新生(近3000人)要學習該課程，足見其在農林院校的重要地位。一般有如此多學生的課程都會采用統考的方式考試，因此試卷的全面性、公正性、區分度和客觀性就顯得非常重要。然而由于某些原因，部分農林院校仍以人工命題的方式出卷。人工命題方式有其優點，但在當前信息科技越來越發達的時代，其缺點越來越突出。首先，人工命題往往易受出題人的主觀影響，存在對課程內容覆蓋面不全、難度把握不好、重點不夠突出、題目容易跟往年類似或重復等缺點，對學生的考查不夠細致，區分度可能也不好，達不到考試目的[1]。如果情況嚴重，甚至可能造成教學事故。其次，人工命題容易出錯，如符號錯誤、分值錯誤、數據錯誤等。出題人的責任心不同，試卷的質量往往差別很大，責任心強的教師出的試卷質量還比較高，但責任心較弱的老師所出的試卷質量則不能保證。再次，人工命題效率低、成本高。命題一般在教師課程未結束的時候同時進行，教師在上課之余，要花很多時間命題，往往是人付出了很多精力，卻沒有得到相應回報，可能也沒有得優良的試卷[2]。
1試題庫系統結構
我們已進入一個信息科技爆炸的時代，電腦、手機和網絡已是我們日常生活、教學和工作必不可少的工具，農林院校的無機及分析化學課程也應該跟上時代步伐，建立計算機試題庫系統。試題庫系統的優點顯而易見。首先，計算機試題庫系統可有效避免人工命題的諸多缺點，如實現教考分離，更好把握課程內容的覆蓋、難度分布、重點突出、不易出錯等等[3]。再次，機器出卷效率高，只要設置好一些基本要求，就會很快組成試卷。另外，試題庫系統還有其他方面的用途，如滿足學生的日常練習，課程進行過程中，可以利用試題庫系統出一些較簡單的練習題，供學生加深對課程內容的理解之用。最后，考試完之后，考試情況可以反饋給試題庫系統，進一步改進試題庫系統，那么以后的試卷會越來越好越客觀。當然電腦組卷也不是萬能的，如果結合電腦組卷和人工修改，即可結合二者的優點，得到一份優秀的試卷。建立一個優秀的試題庫系統，工作量巨大，需要大量細致長期的工作。總的來說，試題庫系統首先應該有一套優秀的試題庫軟件，然后問題就在于要采集大量試題，最后就是管理與參與者的長期完善。針對無機及分析化學課程，應該包含以下幾個方面。所示，應該包含四個基本子系統，即題型管理、試題管理、用戶管理和組題管理子系統[4]。題型管理子系統可以設置加入不同類型題目，除傳統的填空、選擇、判斷及計算題之外，用戶可以定制自己的題型；試題管理子系統對試題進行管理、設置難度、歸類等，如批量輸入試題，設置修改難度系數等；通過用戶管理子系統可設置不同權限的用戶，用戶通過網絡可以登錄系統，根據要求使用系統，保證多用戶使用，同時保證安全；組題管理子系統可以設置不同組題方式，產生試卷。另外還有試題質量評價模塊，為考完試后進行評價反饋而設置。
2試題庫系統軟件
試題庫軟件一般通過兩種途徑獲得，即商業軟件和使用者自己編寫。對于非計算機專業的化學工作者來說，編寫一套較好的軟件有一定難度，故采用成熟商業軟件比較可行。不管那種方式，試題庫軟件系統應包括以下方面：(1)界面友好，易于操作管理，功能齊全：試題庫系統不僅管理員使用，普通老師也要用，如出一些練習題、小測驗等。大多數化學老師的計算機水平有限，因此簡單易用的界面能為更多人使用。界面簡單易用的同時，還要保證內容豐富、功能齊全。如題型的設置，普通的選擇、填空、判斷、計算題必不可少，還有其他題型，如概念、證明、小論文之類。另外用戶管理、組題出卷等都要包含。每個題目設置相應的難度系數，組試卷時根據難度系數的分布情況組卷，這樣考試時一般都會比較符合正態分布，難度系數可由管理員修改。(2)化學語言友好：由于化學試題必不可少的出現化學語言，如無機及分析化學課中熱力學部分的熱化學方程式、熱力學函數關系式，原子分子結構部分的分子雜化軌道顯示、化學分子結構式，四大平衡對應的滴定實驗示意圖等。因此試題庫軟件應該正確顯示這些化學語言，兼容CHEMDRAW等化學軟件繪制結構圖，而且必須是WORD軟件友好的軟件，以正確顯示化學語言和數學公式。(3)網絡題庫：試題庫系統不僅在考試時使用，平時也要發揮作用。無機及分析化學課本中的練習題非常有限，學生可能需要做更多些練習題以加強對知識的理解，試題庫系統可以提供網絡練習接口，讓學生可以更靈活地獲取知識。另外網絡題庫可以發揮其交互的優勢，讓學生和教師更好的交互反饋。(4)安全性：無機及分析化學課程為農林院校公共基礎課，因此試題庫軟件的安全性一定要高，如果出現試題泄露、黑客入侵等情況，將嚴重影響教學工作，造成教學事故。因此，軟件系統一定要提供良好的安全性。
3試題采集
試題庫系統的另一大關鍵就是試題的數量和質量，即試題采集。大量試題需要大量人員完成，是一個大工程。有經驗的老教師承擔試題的核驗、確定難度系數、試卷的把關等工作，其他老師可搜集試題，試題翻譯，試題錄入及管理等工作。系統管理可由幾位老師承擔，每位負責某種題型。試題采集是最為繁瑣且龐大的工作，必須由多人承擔，按章節劃分，每1至2位老師負責一章，結合科學前沿有趣的東西，收集翻譯編寫題目。試題采集主要通過以下幾種途徑獲得：(1)已有資料。西農無機及分析化學課程的命題近年都由不同老師輪流命題，教師一般都有出題經歷，有一定量試題資料，因此首先將每個老師的試題資料收集、歸類，就是試題庫的基礎試題。(2)外文課本翻譯。相對于國內課本，國外教科書或參考書中一般都有大量題目，可以聯系版權方，獲得題目的使用權，然后進行翻譯。(3)自編題目。組織教師自己命題，教師根據自己的授課經驗，結合自己的專業特長和學校特點，負責某一章節試題的編寫。(4)另外，試題庫的題型可多樣化，不局限于考試，可引導學生自己動手，查資料寫小論文，將小論文的題目也可加入試題庫共享。
4不斷實踐、反饋和改進
試題庫系統是不斷建設、實踐及完善的長期工程，每次組卷考試后，根據考試情況進行反饋，然后對有問題的部分進行修改，如難度調整等。另外，每年都應該往系統里加入一定量的試題，淘汰陳舊試題，保持更新。經過幾年的改進完善，最終會建設好一個優秀的試題庫系統。
綜上所述，無機及分析化學課是一門農林院校非常重要的基礎課，應該充分重視其考核方式的公平性和客觀性，實現教考分離，淘汰陳舊的人工命題方式，有效組織起來，建設試題庫系統進行組卷考試。
作者:蒲亮 張忠 王文己 楊正亮 單麗偉 單位:西北農林科技大學
參考文獻
[1]袁東華．高校試題庫、試卷庫建設問題的思考[J]．黑龍江教育，2013，4：77-78．
[2]陳紅兵，賈俊仙，武英耀，等．創建農業院校化學網上試題庫的探討[J]．高等農業教育，2002，138(12)：50-51．
關鍵詞：室內污染物；種類；來源；危害；防治
【分類號】：X6.3
由于室內裝修引入能釋放有害物質的污染源或室內環境通風不佳，導致室內空氣中有害物質無論數量上還是種類不斷增加，并引起人的一系列不適癥狀的現象，即為室內空氣受到了污染[1]。就環境污染對人體健康的影響而言，由于人們生活、工作在室內環境的時間長，室內通風狀況不良、不利于污染物稀釋擴散自凈等原因，室內環境質量比室外環境質量顯得更為重要。
室內主要污染物來源及危害
《室內空氣質量標準》和《民用建筑室內環境污染控制規定》的控制項目不僅有化學性污染，還有物理性、生物性和放射性污染。其中范圍最廣、影響最大的莫過于甲醛、苯、氨氣、揮發性有機物、放射性氡這五類物質[2]了。
甲醛：化學分子式HCHO，也是近年來國內消費者及媒體最為關注的室內空氣污染物。空氣中游離甲醛是一種無色、具有刺激性且易溶于水醇、醚，其40%的水溶液稱為"福爾馬林"，具備防腐作用。而正是由于它的防腐（防蟲）作用，甲醛被廣泛應用于各種建筑裝飾材料之中。甲醛的熔沸點很低，因而很容易從裝修材料中揮發出來，甲醛的危害很大，居室空氣中甲醛的最高容許濃度為0.08mg/m3[3]，當室內空氣中的甲醛含量超過 0.06mg/m3 時就有異味和不適感，造成刺眼流淚、咽喉不適或疼痛、惡心嘔吐、咳嗽胸悶、氣喘甚至肺水腫；達到 30mg/m3，會立即致人死亡。而長期接觸低劑量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、結腸癌、腦瘤、月經紊亂、細胞核的基因突變，引起新生兒染色體異常、白血病、青少年智力下降。
氨氣： 氨的化學式為NH3，是一種無色且具有強烈刺激性臭味的氣體，比空氣輕 （ 比重為 0.5） 。氨是一種堿性物質，溶解度極高，所以主要對動物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，減弱人體對疾病的抵抗力。部分人長期接觸氨可能會出現皮膚色素沉積或手指潰瘍等癥狀；短期內吸入大量氨氣后可出現流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、痰帶血絲、胸悶、呼吸困難，可伴有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀，嚴重者可發生肺水腫、成人呼吸窘迫綜合癥，同時可能發生呼吸道刺激癥狀。
苯（苯系物）： 苯系物也是為人們所關注的室內空氣污染物，苯（C6H6）、甲苯（C7H8）、二甲苯（C8H10）為無色透明油狀液體，具有強烈芳香的氣體，易揮發為蒸氣、易燃有毒。苯被國際癌癥研究中心確認為高毒致癌物質，對皮膚和粘膜有局部刺激作用，吸入或經皮膚吸收可引起中毒，嚴重者可發生再生障礙性貧血或白血病。
總揮發性有機化合物（TVOC）：TVOC是空氣中三種有機污染物中影響較為嚴重的一種。TVOC可以分為八類：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他。它們都以微量和痕量水平出現，所以容易被忽視。VOC是指室溫下飽和蒸氣壓超過了133.32pa的有機物，其沸點在50℃至250℃，在常溫下可以蒸發的形式存在于空氣中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的氣味性，會影響皮膚和黏膜，對人體產生急性損害。TVOC可有嗅味，有刺激性，而且有些化合物具有基因毒性。世界衛生組織（WHO）、美國國家科學院/國家研究理事會（NAS/NRC）等機構一直強調TVOC是一類重要的空氣污染物。
氡：氡由放射性元素鐳衰變而生成，是一種放射性氣體。近年來對氡的關注主要來自于媒體對石材放射性的報道。人體吸入氡后，衰變產生的氡子體呈微粒狀，會吸入呼吸系統堆積在肺部，沉淀到一定程度后，這些微粒會損壞肺泡，進而導致肺癌。但并不是說生活在這種情況下的人都會得癌，一般從受到氡的照射到肺癌發病之間可能要經過幾年時間。
室內空氣污染的防治措施
1合理布局及分配室內外的污染源
為了減少室外大氣污染對室內空氣質量的影響，對城區內各污染源進行合理布局是很有必要的。居民生活區等人口密集的地方應安置在遠離污染源的地區，同時應將污染源安置在遠離居民區的下風口方向，避免居民住宅與工廠混雜的問題。
2 裝修材料選擇上要嚴格把關
在選擇裝飾材料時，要謹慎地控制污染嚴重有毒的材料作為裝飾材料，減少污染物的產生。如選擇對人體無害的天然建筑材料，或有主管部門核發合格證的綠色環保證書的化學合成材料。當材料用量大時還應進行必要的抽檢和復檢，重點應以控制有害氣體和揮發性有機化合物、放射性物質的含量為主要內容。
3 加強室內通風換氣次數
對于甲醛、室內放射性氡物質等，應加強通風換氣次數，尤其是對甲醛的污染治理。室內放射性氡的濃度，在通風時其濃度會下降；而一旦不通風，濃度又繼續回升。因此保持居室場所的通風換氣是必須的，它可以保持室內污染物濃度低于一定的水平，保持室內空氣的清潔。
4用綠色植物治理室內污染
養花愛花，是中華民族的傳統。古往今來，人們精心地將花種植在陽臺，或培育于花盆中，擺設在窗臺、走廊等處，供作欣賞，不僅美化了環境，更可凈化空氣，減少污染。、吊蘭、虎尾蘭、綠蘿、蘆薈等植物均可吸收和清除不同的化學污染物。
5進行必要的室內環境檢測和空氣處理
室內污染， 其實是化學污染， 所以， 不能簡單地憑氣味感覺來判斷， 必須借助于專業設備由專業人員進行分析處理。室內污染以投入使用的第1、2年危害性最大， 采取自然通風方式并不能根本和完全處理這些污染， 所以， 室內污染一定要及時進行室內污染治理。
總結
室內裝修等造成的室內空氣污染及其防治措施是一個常新的研究課題， 室內污染的防治應以事前控制為主，事后處理為輔， 雙管并重， 雙管齊下， 在事前控制中， 研究開發綠色環保建筑裝飾裝修材料， 實現最大限度的降低污染物的排放量， 是減少裝飾裝修材料產生室內空氣污染，改善室內空氣質量的有效措施， 也是最根本的措施； 同時也必須注重建筑裝修完成后投入使用前的污染處治， 把裝飾污染對人的健康危害控制到最小程度。
參考文獻
[1] 朱天樂.室內空氣污染控制[M].北京： 化學工業出版社，2003.
關鍵詞 視頻公開課 建設 思考
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
Construction and Thinking of "Life and Chemistry" Video Open Class
LIU Zheng， LI Heping
（College of Chemistry and Bioengineering， Guilin University of Technology， Guilin， Guangxi 541004）
Abstract In this paper， take Guilin University of Technology "life and Chemistry" video open class building for example， describes the characteristics of video open class and constructive and video open class curriculum design， classroom teaching， organizational shooting ways and means.
Key words video open class； construction； thinking
化學作為一門基礎科學，無論是理科生還是文科生，通過中學階段的學習都已經具備了一定的基礎知識。然而在現實生活中很多大學生缺失生活中的化學常識，這種缺失在一定程度上影響了大學生科學素養和環境意識的提高。“生活與化學”選修課就是為達到提高大學生科學素質的目的而開設的。課程主要以發生在人們身邊的各類現象以及化學在日常生活中的應用為線索，從化學角度給予科學的解釋。具體的授課內容涉及人類的衣食住行中與化學密切相關的生活實用知識，并結合各種媒體已有的現代生活的化學信息，兼具趣味性和實用性，內容貼近生活，與時代同步。通過本課程的學習，使學生深切體會到化學就在他們的身邊，提高基本科學素質，同時分析問題和解決問題的能力也得到一定程度的提高。
桂林理工大學“生活與化學”課程開設于1998年，計劃學時32學時，是面對全校學生開設的選修課，授課對象為本校非化學化工類專業的學生，涉及地球科學學院、環境科學與工程學院、材料科學與工程學院、土木與建筑工程學院、測繪信息學院、機械與控制工程學院、信息科學與工程學院、人文社會科學學院、管理學院、旅游學院、藝術學院、外國語學院、理學院等十三個學院的40多個專業，每年近1000名學生選修這門課程。選用在國內有一定影響力的，由曹振宇、程順達編《化學與現代生活》和王夔等編《化學與社會》作為教學的主要參考書。
長期以來，我們將“生活與化學”與同樣為非化學化工類專業開設的國家級精品課程“普通化學”共同建設，使“生活與化學”教學質量有了極大的提升，在培養大學生科學素質方面發揮了極大的作用。2013年“生活與化學”課程入選桂林理工大學視頻公開課的立項建設計劃。經過一年的建設，使我們對視頻公開課在拍攝內容的設計、授課特點、拍攝組織、字幕撰寫和后期制作等方面有了一定的體會，下面談談我們對建設視頻公開課的一點思考，與同行們分享。
1 視頻公開課的特點和建設意義
2003年，教育部啟動了高等學校教學質量與教學改革工程精品課程建設工作， 至 2010年，國家財政部和教育部評選與支持建設國家級精品課程有4000多門，經過“十一五”八年的時間建設，全國各高等學校“精品課程建設”，總體質量已達到較高的水平。“十二五”期間，教育部、財政部決定繼續實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”（教高〔2011〕6號），組織建設包括精品視頻公開課、精品資源共享課等建設項目在內的“本科教學工程”。①②視頻公開課是在現代教育理念與新興媒體技術促進下的公開課的一種新形式，是教育電視網絡傳輸的新類型，是精品課程教學錄像的豐富和發展。精品視頻公開課的課程定位是“以大學生為服務主體，同時面向社會大眾免費開放的科學、文化素質教育網絡視頻課程與學術講座”， 精品視頻公開課的建設理念主要體現在能“推動高等教育開放，廣泛傳播人類文明優秀成果和現代科學技術前沿知識，提升大學生及社會大眾的科學文化素養，服務社會主義先進文化建設，增強我國文化軟實力和中華文化國際影響力。”這一定位和理念與“十一五”期間的精品課程建設不同，同時精品視頻公開課在主講教師、課程內容、傳播渠道、傳播受眾等方面具有鮮明特點。③
2 視頻公開課內容設計
從各高校在高等教育出版社下屬的“愛課網”已上線的精品視頻公開課內容來看，課程內容的選題大多數集中在中國傳統文化、科學技術和社會熱點等題目上，課程內容不是太專精，而是具有普及性，這些課程的受眾既有高校學生，也有社會大眾的特點所決定的。選題確定后，一般根據選題（主題），設計各節課（或專題）的具體內容。首先，內容的設計要有思想性、科學性和啟發性；其次，內容設計要凝聚精華、引人入勝和時間適宜；最后，內容的展現適合于網絡傳播。④根據以上思路，我們選定了“生活與化學”課程中的“中國古代化學科技成就”為主題，將這一選題分為“火藥發明和化學成就”、“造紙術發明和化學成就”、“中國古代陶瓷工藝中的化學成就”、“中國古代金屬的冶煉和鑄造技術” 和“中國古代本草學中的化學成就”五個專題（五節課），這五個專題，內容相對獨立，各專題之間又有一定聯系。我們查閱了大量的相關文獻，精心設計課內容，努力使同學通過學習這門視頻公開課后，能夠了解我國古代化學科技發展的歷史，同時也可以汲取化學科技史中蘊涵的科學思想，樹立科學的世界觀。
3 視頻公開課的課堂教學特點
國外名校網絡公開課課堂教學最大的特點是課堂教學是一個開放探討的過程，是一個交流思考的過程。⑤因此，我們在準備視頻公開課時，加強了對視頻公開課教學方法設計的研究，采用啟發式、問題式、案例式、引導式、探究式多種教學方法組織教學，激發學生的學習興趣，如以大量的中國古代化學科技成就作為案例、以火藥、造紙術、陶瓷工藝的發明過程作為探究素材，設計多種富于啟發式的問題，極大活躍了課堂氣氛，營造了一種輕松、自由的學習氛圍，提高了視頻公開課的教學質量。
4 視頻公開課拍攝組織，字幕撰寫和后期制作
教育部高等教育司制定了《精品視頻公開課拍攝制作技術標準（2013年版）》，我們在視頻公開課拍攝過程中，嚴格按照此標準進行。首先主講教師根據視頻公開課內容，精心制作PPT，確保沒有文字方面的錯誤，要有學校 LOGO 標題，并請多媒體課件制作專業人員對PPT進行美化修飾，以確保在拍攝時能有一個良好的效果；其次，主講教師在拍攝前認真備課，熟悉教學內容，設計教學方法，把握好拍攝時間（30～50分鐘），努力提高授課質量；第三，選擇專業人士進行拍攝，采用高清數字設備，3機位以上進行多角度拍攝，選擇好錄制場地，特別要注意錄制場地環境，不要在鏡頭中出現有廣告嫌疑或與課程無關的標識等內容；第四，拍攝時，授課教師著裝要莊重得體，同時在拍攝前，要對參加拍攝的學生進行動員，講清拍攝的注意事項；第五，要高度重視包括字幕在內的后期制作，特別是唱詞文件的制作，要認真校對唱詞，每屏只有一行唱詞，每行不超過20個字，唱詞中的數學公式、化學分子式、物理量和單位，盡量以文本文字呈現，并與拍攝人員密切配合，制作獨立的SRT格式的唱詞文件。
5 結束語
視頻公開課在我國剛剛處于啟步階段，與國外的視頻公開課相比，還有一定的差距，但網絡資源課程是中國開放教育的必然結果和新的起點，同時視頻公開課也強化了大學服務社會、傳播文明的基本職能。視頻公開課的制作必然為中國開放教育奠定良好的基礎。
基金項目：桂林理工大學視頻公開課建設立項項目（桂理工教[2013]22號）
注釋
① 朱志偉.精品視頻公開課建設的探索與實踐[J].黑龍江教育，2013（7）：42-43.
② 劉廣，鄭重.中國大學精品視頻公開課的現狀，特點與發展策略[J].現代教育技術，2012.22（10）：15-18.
③ 張凱，陳艷華.大學視頻公開課示范效應分析與思考[J].中國遠程教育，2013（1）：82-88.
【關鍵詞】煤層氣；DT3井；固井；排水采氣
鐵法煤田位于遼寧省東北部，距沈陽市約100KM，交通便利。已探明煤炭17.5億噸。其中最有利于煤層氣開發的大興井田目前的煤炭保有儲量6.87億噸。煤層氣資源量達187億立方米。煤類為長煙煤和氣煤。
1995年起，東北煤田地質局在該區的大興井田共施工了DT1、DT2、DT3、DT4等4口煤層氣參數及生產試驗井。鐵法煤業集團根據這四口井所取得的參數，截止2010年又相繼施工了15口煤層氣生產井。通過這些井的實踐，使我們認識到，煤層氣資源開發的成敗與施工工藝及方法有著重要的聯系，下面簡介我們的施工方法和體會。
1 鉆井工程
1.1 井身結構
根據大興井田的地質條件，DT1井開孔井徑為∮395mm。井深58.2m時，下入日本產鋼級J-55.72m。上聯28m，注入鐵法產425#水泥4噸，清水1.5噸表套固井，固井后以244.5mm口經透孔并鉆進。井深769.25m時下入日本產鋼級J-55的∮177.8mm（內徑161.7mm）技術套管，總長766.53m，然后換井徑150mm鉆進。從757m下入并懸掛∮127mm生產套管，其中與煤層相對應的篩管53m。
DT2、DT3、DT4井簡化井身結構，開孔∮311mm井徑，下入∮244.5mm（內徑224.44mm）表層套管，穿過第四紀松散層段封隔第四紀含水層及風氧化帶，坐在致密完整的巖層。表層套管固井，水泥漿返至地表。然后采用∮215mm井徑鉆止終孔（最后一個產氣煤層以下50米，用作排水采氣過程中的沉沙），下入∮139.7mm（內徑124.3mm）生產套管，下深至井底。鐵法煤業集團施工的井基本均采用以上簡化后的井身結構。
1.2 儲層測試
DT1、DT2、DT3井共進行7段次試井，分別由3個試井隊完成。除DT2井的下煤段16、17煤層為管內測試外，其余6個層段均為裸眼測試。通過試井作業取得以下幾點體會。
1.2.1 試井膠套規格應有多種，以適應不同井徑的需要。
1.2.2 電子壓力計最好不隨油管一起上下，試井時預計的儲層壓力有變化時，可從油管中提上來，重新設置時間間隔，比全部提上油管方便。
1.2.3 套管內測試與裸眼測試比較其優點有二：一是可準確地測試煤層段的參數。二是安全可靠。
2 固井工程
2.1 裂隙發育。該井田地層裂隙，煤層割理比較發育。鉆進過程中經常發生過程度不同的漏失，給固井造成一定的困難。
2.2 固井水泥漿比重偏大。平均比重1.65，鉆進時泥漿發生漏失的層位，固井質量不好。
2.3 排量偏大。根據煤田鉆探經驗，同樣地區使用繩索取心金剛石鉆進，由于環宇間隙小，鉆井液在上返時呈紊流，紊流狀態的大排量形成較大的環空流動阻力，使本來就比較脆弱的地層造成局部層段壓裂漏失。
2.4 套管檢查不夠嚴格。DT1、DT3井固井時，天氣睛朗，套管檢查嚴格細致，下入井內沒有發生意外。DT2井于1997年1月中旬固井時，遇到大風雪，盡管也逐根進行檢查，可能還是有不合格套管下入了井內。
2.5 根據固井操作規程要先堵漏后固井。鉆井發現漏失層應及時進行水泥堵漏護壁。
3 排采工作
3.1 排采前的煤層改造
為了形成好的煤層氣氣流通道，我們經歷了裸眼造穴清水壓裂、清水攜砂壓裂、大規模高砂比高壓力的過程。
3.1.1 裸眼造穴清水壓裂對DT1井下煤組12、13、14煤層采用力水務沖割造穴工藝，∮150mm三翼鉆頭體側鉆眼，安裝并焊死∮12mm鉆頭噴射水嘴2個，進行了水力切割造穴，根據撈取煤顆粒返出量估算洞穴大小。煤層厚6.37m，返到地表顆粒返到地表顆粒量2860kg,煤的容重1.3，其體積為2.2m3，加上井眼體積0.13 m3，洞穴容積為2.33 m3，則理論直徑為0.68 m，加上沉淀坑中不可收集的煤粉，估算直徑應大于0.7 m。接著下入∮127mm篩管尾管總長103.27m，氣舉洗井后壓裂，壓入清水170 m3，井口壓力5.5Mpa。按設計∮177.8mm套管下在煤層頂板并進行了固井，由于斷層因素實際煤層深度下延40m，造成裸眼段過長，水量小又無支撐砂，近井帶煤層得到改造而遠井帶煤層沒有得到較好改造。造穴改造效果與后來的壓裂改造效果比較可看出鐵法煤田的煤層改造應以壓裂為宜。
3.1.2 清水攜砂壓裂，考慮到交聯液的化學分子對煤層的污染傷害，不攜砂會使所造的裂縫在地應力作用下重新閉合，對DT1井上煤組進行了清水攜砂壓裂改造壓裂分兩段進行。
（1）支撐石英砂充填地層裂隙，使泵壓曲線平緩下降，煤層改造的不夠理想；
（2）含砂比偏低，使導流能力提高不夠
（3）理僅溝通天然裂隙割理，沒造新縫。
3.1.3 細砂降濾失高壓壓裂，在DT3井壓裂設計中，先用100-120目的細砂對地層裂隙進行堵漏降濾失，再充填20-40目石英砂作支撐劑，在現場施工條件允許下，盡量加大砂比，泵壓曲線應有起伏，壓裂規模根據美國的低滲透率大規模，高滲透率小規模的經驗，結合DT3井所在斷塊該井距斷層達界的距離，設計單翼支撐縫長202.1m，支撐縫寬4.12mm。
3.1.4 壓裂施工的其它注意事項 煤層壓裂以溝通煤層割理天然裂隙為主，以造新縫為輔，彎曲延長，如果較長保持一定的壓力，也能溝通主應力方向的煤層割理，造出新縫。除DT1下煤組采用套管注入壓裂外，其余壓裂都采用油管混合注入壓裂，便于處理萬一發生的堵埋事故。
封隔方法，填砂法安全好，但準確程度差，壓裂后探砂面比壓裂前要低。用可撈式封隔器封隔，準確程度高，但易失效造成撈不上來的事故。
油田的設計壓裂模型與煤田煤層壓裂模型不同，現在還未聽說有煤田壓裂模型，用油田模型縫長設計時要加大系數，油田造直縫為主，煤田溝通彎曲縫為主。
3.2 排水采氣
煤層氣井的排水采氣工作，是檢驗煤層氣井設計，施工效果，是評價煤價煤層氣田的重要工作。
DT1井十煤組造穴水力激發后，1995年12月5日下入井下桿式泵排水；11日甲烷氣體從油套環行空間排出，點火成功，火焰2m左右，出日產氣量1000m3，平均日產水量10余m3。分析認為當初為近井地帶游離氣體，煤層段沒有改造，達不到長期采氣要求。
DT1井上煤組壓裂改造后，1996年11月27日開始排水采氣，經過幾個月的排水采氣，最高日產氣量417 m3，最高井口套壓1.85Mpa，沒有達到工業氣流要求。
DT3井壓裂后，根據水文地質資料，煤層及頂底板砂巖屬弱含水層，最大日排水量61 m3（通常30-40 m3/d）。7月12日修井作業，增大排水量，日產氣量穩步上升，由4月15日的14 m3/d上升到12月1日的6761 m3/d，最高井口套壓2.8Mpa。從4月9日開始排采。10月以后將排水量控制在20-30 m3/d，控制日產氣量2000 m3/d左右。經氣樣化驗甲烷含量93%。
自從生物克隆技術被廣泛應用以來，科學家利用激光、生化、計算機等高新技術在皮膚、骨骼等組織的人工再造方面取得了重大進展。洛杉磯的研究人員利用生物工程技術培育出人造皮膚，麻省的科研人員利用自體細胞使長出的更趨完善，而人造骨骼及其移植技術的精彩翻新，更讓“人體雕塑”有了讓人眩目的內涵。
“人造骨”，整形正當紅
2000年初，美國加州大學的一個研究小組率先把“人造骨”移植體推向市場。這種形狀類似絕緣小導管的移植體由聚四氟乙烯制成，與人體的親和力比較強。人體自身的細胞和組織可以在中空的開口內生長，管狀植入體既有利于固定，除去也非常容易，具有實心植入體所沒有的優點。因此即使移植后效果不夠理想，一個小手術就可以把它取出來，非常適用于那些對造型美感要求嚴格的各種面部整形手術。
“人造骨”可插入面部、鼻部或頸部皮膚下的軟組織內，在臨床運用中取得了較好的效果。研究報告表明：“人造骨”使受術的人們皮膚更加飽滿，皺紋消失了，看上去充滿生機。
目前，最常用的人工骨骼由氫磷化合物制作，它的化學分子式與骨骼一樣，但卻不像真骨骼那樣具有多孔結構，在結實程度上也比不上真骨骼，植入最長壽命僅為10年。“骨骼中毛孔的作用十分重要，”美國CCACS研究中心主任斯喬文博士解釋說，“它們是血液流動的通道，而且可有效降低骨骼重量并增大骨骼強度。同時，毛孔也提供了一種長期植入人造骨骼可借鑒的方法：如果真骨骼能在植入的人工骨骼的毛孔中生長，那就大功告成了――兩者自然地結合在一起，不會再出現連接處損壞的現象。”
于是在今年，世界各國先后公布了一系列新型元素，逐步升級了“人造骨”及其移植技術。
造“骨”新元素
第一元素：生物降解泡沫骨架
最近，多倫多大學的生物醫學專家約翰?戴維斯和他的同事利用經過改造的生物降解泡沫材料，成功地研制出了微孔人造骨。
首先，他們用生物降解泡沫材料為病人按照需修補部位做了一個骨架模型，模型上布滿了無數個與人體軟骨組織類似的微孔，然后在微孔中植入骨骼生長細胞。這種人造骨骼模型一旦被植入人體，其中的骨骼生長細胞可按骨架方向生長并形成新骨，從而達到修補骨骼的目的。
第二元素：計算機訂制“陶瓷骨”
日本大阪OSU公司與大阪產業大學合作，開發出一種多層多孔結構的金屬陶瓷材料。這種材料實際上是高溫燒結的多層多孔碳化鈦，其多孔結構的空隙率為50 %，比重比最輕的金屬鎂還要輕。研究人員認為，這種多層多孔的碳化鈦是人造骨骼的最好材料。
用陶瓷制造骨骼是依靠X線來確定骨骼尺寸和形狀的，精確度可達到0.1毫米。然后再將要替換的骨骼形狀輸入計算機，計算機根據骨骼形狀將其分割為幾部分，再自動制作出所需骨骼，之后還會在骨骼上鉆一些小孔，這樣便于手術醫生將新骨骼與病人的舊骨骼連接起來。通過計算機系統為患者專門訂做的“陶瓷骨”，完全適合面部整形患者的個性需要。另外，由于這種人造骨骼所用的材料與人體骨骼非常相似，因而會讓植入者感到更加舒適。
第三元素：磷酸鈣骨膠原復合骨
Cerasorb是德國curasan公司自行研制的人造骨骼再生材料，它由骨骼的基本成分――鈣和磷酸鹽組成，具有良好的生物兼容性，在很多美容整形手術中，使用這種材料可以維持空間、形成骨架，它的沉淀礦物質還可以促進骨質生長，并且在新的骨質形成時被完全吸收，沒有疾病的污染，不會刺激植入部位發炎，減少了手術的危險和患者的疼痛。
目前，日本物質和材料研究機構公布了Cerasorb的升級版人造骨骼，它由磷酸鈣和有機成分骨膠原組成，其強度與彈性均接近于真正的骨骼。把它移植到缺損部位，破骨細胞能把人造骨骼吸收，而骨芽細胞能在其周圍生長出新的骨骼。在狗身上做的實驗表明，大約3個月就可以再生出新的骨骼來。不過這一科研成果目前還處在動物實驗階段，尚需進行實用化研究開發，才能達到臨床應用水平。
第四元素：骨髓細胞體外再生骨
日本奈良縣立醫科大學教授高倉義典使用骨髓細胞在體外再生骨骼獲得成功。
在移植手術實驗中，科學家先從患者骨盆的髂骨中抽出骨髓液，再提取其中的間葉干細胞培養兩周，然后把它涂抹在陶瓷制人工關節的表面，在激素等的誘導下成長為成骨細胞，并吸收鈣質。培養大約一個月，人工關節便被再生骨骼所覆蓋。對需做四肢關節整形的移植手術而言，使用它不會發生排異癥狀，兩名女性患者術前行走困難，但接受此手術后已可在室內自由活動。
第五元素：羥基磷灰石等離子噴涂骨
前幾年年，我國科學家研制出一種嶄新的人造骨骼制備方法――羥基磷灰石等離子噴涂法。它是在已有的金屬鈦復合材料表面，用高溫等離子火焰噴涂上一層幾十微米厚的羥基磷灰石，它既保持了金屬鈦材料的強度和韌性，也保持了羥基磷灰石的生物活性。這種涂層克服了一般簡單植入再生骨所帶來的生物機體排異性，實現了良好的生物兼容性，能夠很好地為成骨細胞所接受。
第六元素：激光三維點鑄金屬鈦骨
【關鍵詞】支架式教學法；大專天然藥物化學；黃酮；統計學比較
支架式的教學方法指的是，在日常的教學中，由我們的老師為同學們構建一個外觀完整的知識框架結構，然后指引學生在這些結構對應的知識點上尋找新的內容，最后再對這些新的內容進行一個判斷歸納的過程的一種教學方法。這個教學方法當然不是我們首創的，它在我國已有十余年的使用歷史，早已被我們的專家學者運用在一些英語、漢語、物理等相關大眾化課程中，并且取得的效果也是很好的。在一些偏專業化的課程比如計算機信息技術、電工電子等課程上，支架式教學方法也有被使用過。但是，在我們的醫學領域，特別是我們的《天然藥物化學》教學課程，支架式的教學方法很少被使用到。在醫學教學上，《天然藥物化學》是一門非常重要的專業學科，它主要講解了常用的天然藥物中各類化學分子的結構和特點，以及這些藥物的藥性提取和成分鑒定等方面的學習。這個學科知識點非常多，而且相互之間是交叉相連的，我們的學生在學習這門學科是經常很遇上知識點記漏和記錯的現象。我們針對這樣的問題就提出了在日常的教學中改用支架式的教學方法，幫助學生能更好更準確的掌握天然藥物化學中各類知識點，同時也希望這樣的教學方法能更好的提高學生的自主學習的能力，為他們以后進入社會打下扎實的學習基礎。本次研究采用的是各個章節理論授課的方式，對采用傳統方式教學的小組和采用我們新型的支架式教學方法的小組進行對比教學，最后對于教學效果進行判斷。
1 教學實例
1.1 教學對象及教學內容
這次研究所選擇的對象是我校2014級的藥學專業一班和二班的學生，他們的分班是當初由電腦隨機產生，且從入學以后都是由同一位輔導員進行管理，前期接受的教學課程也是一樣的，我們對他們兩個班的成績進行的統計，比較結果發現，他們兩個班在學習能力上不存在過大差別。所以，以上所有因素綜合考慮，判斷兩個班具備對比的條件，沒有太大的顯著性差異。因此我們決定藥學一班（110人）為我們本次研究的實驗班，藥學二班（112人）為我們本次研究的對比班。
本次對比教學所選取的內容是《天然藥物化學》里面“黃酮”一節。黃酮類的藥物在我們的日常醫藥中使用的量非常大，但是這類的藥物結構比較復雜，涉及的理論也較多，提取分離的方法也比較麻煩，學生學習起來最為吃力。所以我們選擇“黃酮”這一節作為我們的對比教學的課程進行教學，不僅具備教學的代表性，更能突出教學的差異性。
1.2 教學導入
教學的導入環節是指，是老師通過對前期知識的回歸和相應的案例知識的運用，使同學們漸漸進入“黃酮”一節的教學中，老師在開始教學時通過使用案例分析和黃酮結構的描述來引起學生學習的興趣點，在引起學生學習的興趣以后，在慢慢的構建一個關于黃酮學習的知識框架，引領他們學習的方向。
1.3 擬定問題
老師在進行教學案例分析的時候，可以讓學生們積極的討論他們在日常或者是其他方面知道的有關黃酮的知識。比如，在哪些臨床藥品含有黃酮？哪些天然藥品中有黃酮？哪些臨床的癥狀會用到黃酮？等等。1.4 協作學習
我們對實驗班的同學進行教學的過程中，將他們進行隨機分組，每十人為一組，選一名為小組長，小組長負責在學習的過程中記錄本小組成員討論和分析的結果，再以小組為單位進行知識框架的連接，最后在整個班內形成一個完整的知識結構鏈。
小組成員之間討論學習完成以后，每組再選擇一名成員與其他組的成員進行組與組之間的討論，完成一個對所研究知識的豐富和找錯的過程。這樣反復討論和研究的過程中，豐富了我們學生對于黃酮類知識的相應的掌握。這樣的學習方式使得我們的學生在個人研究、小組討論和老師的指引下，不斷的學習和鞏固相應的知識，同時培養了我們的學生的分析、歸納、總結的學習能力。
1.5 獨立探索
在獨立探索的過程中，我們的老師要指導學生熟悉書本知識上的關于“黃酮”的知識點，同時引導學生在網絡上或者是圖書上去收集一些沒有出現在書本上的知識，將這些知識收集來以后，可以更好的加深我們的學生對于“黃酮”的學習。而后，有了這樣的學習經驗以后，我們的同學就可以在相應的“蒽醌”“香豆素”“生物堿”等章節也采取這樣的學習方法。在課余時間，我們的老師可以用課后作業的方式來讓學生復習和鞏固黃酮的結果、黃酮的物理和化學性質等。只要讓我們的學生掌握了這種學習的方法，在進行舉一反三的練習，就可以為完成對整本書的學習， 同時我們的學生也具備有了獨立判斷和學習的能力。
2 效果評價
對于這兩個教學方法的結果的判斷，我們設定了一些列的評價指標，來全面科學的判斷支架式教學方法和傳統教學方法的優劣。在主觀方面，我們通過學生們對于黃酮章節學習效果的自我判斷來進行評價；在客觀方面，我們準備了相同的試卷來對學生進行測試判斷。通過我們對實驗班110名同學的調查問卷的統計發現，有96.12%的同學更喜歡支架式的教學方法，有95.35%的同學認為支架式的教學方法激發了他們對于學習的主動性和創造性，有96.22%的同學認為這種新的教學方法中他們找到了團隊合作的樂趣。同時與傳統教學班的試卷測試結果我們發現，實驗室的成績遠遠高于傳統教學班的成績。
3 討論
3.1 支架的搭建
本次研究采用支架式的教學方法，在《天然藥物化學》中的“黃酮”一節中，取得了良好的教學成果。在一系列的反復探索和研究中，我們發現，要想運用好支架式教學方法，最主要的就需要建好一個合理、完善的支架，再找到一個合適的切入口進行細化，尤其針對那些學習能力弱的同學，更需要老師建立一個合適的框架幫助其加深對于相關知識的學習。
3.2 教學個體化
在支架式的教學方法中，學生是這個方法的中心點，所有的支撐點都是圍繞作學生的能力展開。老師只是一個知識的引導者和協助者。同時這個框架的構建也要因學生的學習能力來有所不同，學習能力好的學生，老師構建這個框架是不僅要使學生掌握其基本的知識點以外，還更多的有相應的發散的知識的延伸；對于學習能力不好的同學，老師在構建這個框架是主要還是以基礎知識的積累來構建。
3.3 充分利用現代化手段
在支架式教學方法的運用中，會有一個知識收集的過程，知識的收集有利于學生的自主學習能力的培養和支架式教學目標的完成，這個過程學生會用到各種工具來收集知識，然而對這些工具的使用還需要老師的指導和推薦。比如，推薦學生去圖書館查詢書籍，或者指導學生在網上收集信息等等。
支架式的教學方法其實質就是學生在教師的指導下自主學習的方法。《天然藥物化學》這門學科的學習體系錯綜復雜，就需要運用支架式的教學方法來幫助我們的學生掌握知識點，提高相應的學習的能力。
【參考文獻】
[1]趙悅涵.支架式教學模式在五年制師范英語寫作教學中的應用研究[J].英語2015（13）：11-12.
[關鍵詞]女學員 學習 能力
當今社會，信息彌漫在社會的各個角落，信息化帶來的影響和挑戰隨處可見。知識經濟社會的來臨使個人的思維能力、創新能力、學習能力在社會發展、個人發展中的作用越來越重要。這種新類型的工作人員稱作“知識工人”或“符號分析員”。他們必須具備較高的思維素質，操縱復雜的觀念與符號，有效地獲取和分析信息，并保持足夠的靈活性及具有較強的學習能力以適應不斷變化的環境和終身學習的需要。對于一個國家來說，有大量有知識會思考會學習的公民是最有價值的財富。對于個人而言，較強的學習能力和較高的思維素質是獲得好的工作職位和高收入的保證。
目前，高等教育已成為提升女性社會地位的首要因素，女性在高等教育中的發展被看作是一個國家人權發展的重要標志。《中國性別平等與婦女發展評估報告（1995――2005）》將高等教育稱為教育領域性別平等指數提高最快的一個領域。女生在校生總數、各高等教育層次女生數及比例都有較大增加。但男女兩性在現代教育體系中的分布仍然是極不平衡的，這主要體現在高等教育中的性別隔離上，其中很重要的方面是學科的性別隔離，學科性別隔離是男女兩性在教育上不平等的延伸。女生在語言文學、歷史、外國語等學科專業中的比例遠遠高于男生，而在物理、力學與工程、數學、計算機技術、化學和化學分子工程等學科專業中，男生的比例則遠遠譏于女生。在科研院所中，女性指導老師占的比例低于男性指導教師；在中國科技隊伍中，女科技人員的比例低于男科技人員。這一現象在某種意義上嚴重影響了男女平等均衡發展。雖然造成上述現象的原因是多種多樣的，如社會文化歷史傳統、社會分工不同、生理特征不同等等，但不得不承認女學員學習能力的局限性也影響了她們接受更高層次的教育，影響了她們參與 尖端科學研究的能力。專門探討女學員學習能力的培養顯然意義重大。
一、學習能力的概念
學習能力本身是一個結構復雜、多維度、多層次的心理現象。
心理學、教育學和教育心理學一直將學習能力作為研究的重點，形成了很關于學習能力的研究學派和理論成果來看，對學習能力的概念、內涵和實質，還存在很多認識上的分歧。目前比較有代表性的觀點主要有：（1）學習能力等于智力。迪爾本（W.F.Dearborn）認為“智力是學習能力或由經驗中得益的能力”，而蓋茨（A..L.Gates）認為：“智力是關于學習能力的綜合能力”。（2）學習能力的條件反射理論。這一理論認為人的學習跟動物沒有明顯的區別，認為學習是對刺激不斷反射形成行為習慣的過程，這一理論否認了人的主觀能動性。（3）認知心理學家 認為，從認知的的過程來看，記憶力、思維能力、觀察能力和想象能力是構成學生學習能力的四要素。（4）建構主義的認知心理學派認為學習是學習者個體主動建構的心理過程。學習者接受到的新的知識與已有的知識相互作用，是學習者頓悟的過程。（5）從心理過程來看，學習能力不僅包括傳統的主要的認知過程，還應該包括操作和控制等因素。學習能力的構成包括：知覺動作綜合能力，理解與記憶能力，學習計劃和控制的元認知能力，學習的操作能力等。（6）從系統的觀點來看，學習能力是直接影響學生學習效率、完成各項學業任務的個性心理特征。
盡管上述不同的研究角度和研究方向之間存在著很大的差異，但歸納起來，認知技能、學習策略、對學習過程管理與監控的無論智能力是構成學習者學習能力的主要因素。學習能力是其他能力的基礎，是指在很多種基本活動中表現出來的一種較為穩定的心理特征，如觀察力、記憶力、視聽覺能力、思維能力、分析能力、抽象概括能力、意志力、理解能力等。
二、當代女學員學習能力的特點
（一）學習計劃的能力不夠科學合理。女學員中不乏有遠大志向、強烈事業心和對學習有較高的期望值者，但相當數量的女學員把自己的學習目標定位在的較低的成就期望值上。有的女學員在中學里埋頭苦讀，自己最高的奮斗目標就是考大學，上了大學后便茫然不知所向。由于在個人事業發展方向上缺乏明確目標，在大學階段的學習就失去了動力，變得胸無大志、懶懶散散，缺乏拼博奮斗進取的銳氣。在對未來的考慮上，很少想到自己的社會責任，只希望有份穩定的好工作，找個女丈夫，建立一個好的家庭。這種對于未來規劃的方向嚴重影響了女學員對于自身學習的期望和目標，學習上目標不明確，甚至缺乏學習的動力方向。
（二）學習動機不夠端正。學習動機是學習的基礎和前提，良好的學習動機是圓滿完成學習任務的保證，學習的動機分為內部動機和外部動機。對學習和知識本身感興趣是學習的內部動機，這種動機是穩定的、持久的。而自我提高的需要、交往和附屬的需要屬于學習的外部動機。女學員學習的動機偏向于自我提高、交往等附屬的外部動機，受外部動機的影響，在學習上受到挫折的時候，耐挫力和堅持性相比較男生有較大差別。
（三）女學員的思維能力比較具體細致，不夠發散開闊。女學員往往對具體的知識本身或細節 感興趣，但對整個學科的結構、各章節的邏輯關系、不同學科之間關系的把握往往不夠擅長。知識的廣泛性發散思維的基礎，根據建構主義理論，學習是學習者個體主動建構的心理過程。學習者接受到的新的知識與已有的知識相互作用，是學習者頓悟的過程，而達到頓悟的境界需要有開放的思維能力。當今社會是信息爆炸的社會，廣泛知識的獲得需要有較強的獲取信息的能力。現代社會獲取方方面面的信息需要運用高科技工具，而女學員運用高科技工具獲取信息的能力相對男學員來說比較弱。
三、提高女學員學習能力的對策
首先，女學員應注意訓練自己思維的開放性。思維廣闊開放接受新知、創新知識的重要基礎。由于受知識廣度、興趣廣泛性的局限，女學員總體來說思維較男生封閉、局限，較難接受新事物，不樂意探究復雜事物，好奇心較弱，難以在學習上找到持久的興趣和突破點。因此，培養自己涉及多個寬泛領域，多關注周圍事物的變化，培養多樣化的興趣愛好就顯得十分重要，了解的事物足夠多，才可能有開闊的思維。
其次，要培養女學員的科技能力、應用工具能力。高科技領域中女性的比例較小，科學技術的進步是否有利于女性，還取決于女性是否愿意利用，是否有時間利用。隨著網絡技術不斷深入我們的生活，長期以來，由于女性對技術的恐懼心理使不少女性對計算機網絡、部分高科技產品等持觀望態度，或者依賴男性去解決她們遇到的技術難題，這在一定程度上會形成惡性循環，使女性越來越對科技和工具技術等不感興趣，也會影響到學業的進步。在高校中應鼓勵女生理解數理領域對生活的重要性，積極支持女生追求數理領域的教育和職業，讓她們走入計算機領域，能熟練駕馭并利用這一工具，更好地服務其學習和生活。
再次，要培養女學員篩選和處理信息的能力。人是在現有知識基礎之上理解信息的意義、解決問題、創造新知識的。問題解決、知識創新的關鍵不是獲得信息，而是如何處理大量的信息。在信息爆炸的今天，人們只需要幾分鐘就能從互聯網上獲得大量蝗信息，而如何選擇、理解、消化、評價、學習和運用這些信息去創造新的知識就顯得十分重要了。在學習當中，從互聯網上獲取的信息往往是雜亂、零碎不系統的，如果不處理好，可能是白費功夫反而沒有成效。搜集和 處理信息要利用各種可以利用的渠道，計算機等工具檢索的能力固然重要，但“人”在某種程度上是獲取有用信息最有利的來源。與老師、同學、校友等的人際交往和溝通交通在篩選和處理信息中起著關鍵性的作用，女學員的交際范圍總體上還是小于男性，不夠積極主動，還急待于改善和提高。
然后，要培養女學員樂于計劃和堅持的能力。計劃是成功的一半，有嚴密的計劃并堅定地堅持下去，才可能學有所成。堅持對于學術成功是十分重要的，思維是一項艱苦的活動，只有努力堅持才會有成功的可能。不管一個人有多高的天分，也不管他對自己的學業懷著多么強烈的興趣，如果他是浮躁的、缺乏意志力的，而不是把自己的注意力長義的其二鍥而不舍地集中在自己的思維對象上，那么要有創造性的思維是非常困難的。科學研究是一項極其艱辛的勞動，沒有頑強的的意志力是什么也干不成的。而這一點正是目前許多女學員所欠缺的，她們當中的許多都沒有堅定的學習目標或未來的發向，大都是持走一步看一步的觀望態度，她們的目標選擇總是受太多因素的影響，如就業、擇偶等等，充滿了變數。當然，這一現象的形成也是諸多因素綜合影響的產物，但女學員們積極轉變觀念，自立自強，有堅定的目標并為之奮斗，對自身的學業成就，對整個社會女性的進步和發展是有重要意義的。
最后，培養女學員元認知監控的能力。元認知通常定義為“我們知道我們知道什么”，即 關于知識的知識，是一種“監控自己對目標理解及進展情況的傾向”，元認知對于學員學習能力的培養具有自我意識、計劃、組織和監控的作用。應該指導學員了解自己的思維方式，形成一種檢查自己思維過程與成果的習慣。元認知監控貫穿于學員學習的始終。調控包括確定哪些問題值得解決，如何分配時間和精力用于不同的問題及問題的不同部分，使自己的思維朝向預定的目標。元認知監控也就是不斷進行反思，進行自我關注和評估，從而正確看待自己。培養元認知的能力有得于女學員更加正確的認識自己，樹立強烈的自信心，在不同階段定出適宜的目標，從而不斷地前進。
總之，女學員是女性當中的精英和希望，也是整個社會進步和前進的重要推動力量。開闊的思維是學習的前提，科技和應用工具的能力是學習過程中的關鍵，樂于計劃和堅持是學習的持久動力，元認知又貫穿學習過程的始終，注重并提高以上能力是必要且十分有效的。
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