分子设计范文（精选12篇）

分子设计 第1篇

1 分子构象

分子构象( conformation) 的概念最早由英国化学家哈沃斯( Haworth,Walter Norman) 提出［1］,是指一定空间构型的分子由于单键的旋转和扭曲产生不同的空间排列状态。如果说不同的构型使 “躺”在纸面上的分子 “站立”起来,那么构象的概念就使站在纸面上的分子 “动”起来,表现出不同的姿态。一般说来,每一个分子都可能有无限个不同的构象,但是它们中间大多数处在不利的能量状态而不能存在。分子中各原子和基团间的空间排列,因单键旋转而发生的立体异构现象称为构象异构。

在实际体系中,化合物分子有许多构象体( conformers) ,构象体可迅速互相转换。由于键旋转时扭转张力( torsion strain) 、角张力( angle strain) 、立体张力( steric strain) 的限定,以及未结合基团间的氢键、偶极、共轭等作用,分子可具有势能不同的构象状态。构象异构体之间一般能量相差很小,约为4 ~ 42 k J·mol－ 1左右［2 － 3］。

一个稳定的构象,其分子一定会是能量较低的优势构象( referred conformation) ,且是分子出现几率较大的状态。找到分子在特定条件下的可能构象,分析原子或基团位置对构象分布的影响,对于深入研究分子的生物活性是十分重要的。

分子构象及构象变化研究目前用二维核磁共振技术加上计算机模拟已能独立确定小的蛋白质分子及核苷酸片段在溶液中的三维空间结构。改变物理化学因素或加入可与生物分子相互作用的其他物质,将会使核磁图谱发生变化,从而可用来研究这种构象变化。

2 药物分子设计

药物分子构象的变化与生物活性间有着极其重要的关系。药物与受体分子的作用是一种构象动态匹配过程,药物和受体分子都进行了一系列重要构象变化。能被受体识别并与受体结构互补的构象,才产生特定的药理效应,称为药效构象。

诺贝尔化学奖获得者Barton［4］曾明确提出物质分子的物理和化学性质与分子的构象有关,并指出分子的化学、物质性质可以用一定的构象解释,从而建立了物质的分子构象分析方法。Barton利用构象分析测定了许多其他天然产物分子的几何图像,并和哈塞尔因发展了分子构象理论。

在药物分子设计中,药物与受体相互作用的过程,首先是分子识别过程。人们最早对分子识别的认识是锁匙假设( lock -key hypothesis) ,它形象地表明了药物- 受体相互作用的专一性; 实际上药物分子与受体分子不是刚性结构,两者都是柔性结构,不像锁和钥匙的关系那样简单。1958 年,Koshland提出了分子识别过程中的诱导契合假说( induced - fit hypothesis) ,指出当底物与受体接近时,受体受底物的诱导发生构象变化,使两者在有利的情况下互补契合,发生相互作用。尤其对柔性分子而言,由于它在同受体结合时受超分子作用( 包括氢键和非键作用的影响) ,药物分子构象不一定处于最低能量的基态,而可能处于某种激发态的构象。通过构象搜索并结合X - 射线晶体结构或2D - NMR实验结果可推测配体或药物分子的活性构象,因此分子的空间构象分析是药物分子设计的关键。

分子力学( Molecular Mechanism, MM ) 、 分子动力学( Molecular Dynamics,MD) 及量子化学( Quantum Chemistry)是构象分析的主要方法［5］。用量子化学分子轨道法计算分子构象可给出某些分子性质的较准确的结果,但这种自恰场的计算需要花费大量的时间。随着计算化学的发展和计算机图形软件的日益强大,构象分析的方法越来越丰富,为模拟分子的三维结构提供了有力的工具。

3 计算机辅助药物设计

传统药物设计从总体上来讲,缺乏成熟完善的发现途径,具有很大的盲目性,一般平均要筛选10 000 种化合物以上才能得到一种新药,很难迅速得到合适的新药来治疗越来越多的疑难杂症。

随着分子构象识别技术的发展,药物设计进入了理性阶段,其中药物分子设计是目前新药发现的主要方向。它是依据生物化学、酶学、分子生物学以及遗传学等生命科学的研究成果,针对这些基础研究中所揭示的酶、受体、离子通道及核酸等潜在的药物设计靶点,并参考其它类源性配体或天然产物的化学结构特征,设计出合理的药物分子。

药物大多通过与人体内 “靶标”分子的相互作用而产生疗效。通过寻找药物作用新靶点,利用结构生物学和生物信息学的技术可以进行计算机辅助药物设计( CADD) 。从20 世纪60 年代构效关系方法( QSAR) 提出以后,经过50 多年的努力和探索,尤其是20 世纪90 年代以后,CADD方法已经发展成为一门完善和新兴的研究领域,它大大提高了药物开发的效率,为人们攻克一些顽症提供了崭新的思路。

计算机辅助药物设计方法包括三类［6］: 1基于配体的药物设计( ligand - based drug design) ,这类方法根据已知的配体结构设计新的配体,主要包括定量构效关系( QSAR) 方法和药效团模型方法,前者又分为2D - QSAR和3D - QSAR方法。2基于受体的药物分子设计( receptor - based drug design) ,这类方法又称为基于结构的药物设计,主要根据受体的三维结构设计能与之匹配的配体,包括基团生长法( buiding) 、模板连接法( linking) 以及分子对接法( docking) 。3基于机制的药物设计( mechanism - based drug design) ,这类方法在基于结构的药物设计基础之上,进一步考虑了药物与受体的动态结合过程,药物对受体构象的调节以及药物在体内的传输、分布和代谢。随着生命科学、计算机科学的发展,这种考虑药物作用的不同机理和全部过程的药物设计方法,将会更加完善,在新药的发现中发挥更大的作用。

通过各种理论计算方法和分子图形模拟技术( molecular visualization) ,进行计算机辅助药物设计,已经成为国际上十分活跃的科学研究领域。

4 存在的问题与展望

目前有关分子构象及其生物活性关系的研究,虽然取得了不少进步,尤其采用了计算机辅助分子设计的方法,但仍存在一些问题。

首先是大分子的构象问题。用实验方法解析的大分子结构的数目有限,而常用的构象分析方法,如系统搜索方法、距离几何方法、蒙特卡洛模拟方法、遗传算法和分子动力学方法等,对于大分子还很难确定出其优势构象,所以发展新的预测方法是一个重要课题。

其次是溶剂效应的考察。大量生命过程都是在溶剂条件下进行的,在溶剂和真空中,分子的构象可能会存在较大的区别,所以发展快速而准确的溶剂效应计算方法是计算机辅助药物分子设计的一个重大挑战。

再有就是受体和配体之间自由能的评估。分子活性的大小常常是由受体和药物分子之间的结合自由能来决定的,虽然目前已有一些方法,如线性相互作用能方法等,但总的来看结合自由能的评估还需要做大量的工作。

分子原子教学设计 第2篇

-----分子

原子

【学习目标】

1、知道分子、原子、离子是构成物质的微粒；

2、知道在化学变化中分子可以分解成原子，原子可以结合成分子；

3、分子和原子的区别和联系；

4、从分子原子的角度来分析物质的性质由什么决定，化学变化和物理变化有什么不同；

5、能从微粒的观点区分纯净物和混合物。【重点难点】

1、知道在化学变化中分子可以分解成原子，原子可以结合成分子；

2、分子和原子的区别和联系。【教学过程】

（温故）通过上节课的学习，我们知道，构成物质的微粒有哪些？（分子，原子，离子）构成物质的这些微粒有什么特点？（很小，不断运动，微粒间有空隙）（展示）隧道扫描显微镜

（复习）你能用微粒的观点解释下列两个事例吗？

（展示）五彩斑斓的物质都是由微粒构成的，（缝衣针、温度计、铜丝、钻石）这节课我们一起来学习这些物质具体是由哪种微粒构成的。

（视频）见过缝衣针的主要成分是铁，我们把它无限的放大，最后我们会看到什么？（铁原子）（提问）铁原子之间是紧密结合？还是有空隙？（空隙）

这是一张放大后的图片，如果将来你有一架高级的机器让你直接能看到这些原子，你还会看到什么现象呢？（运动）(铁原子真的是灰色的吗？颜色是为了让同学们区分清楚，特意加上去的。书上的微粒图也都是一个道理。)（小结）不仅铁，还有汞、还有铜、铝等常见的金属以及稀有气体（出示霓虹灯，）都是由原子直接构成的。汞由汞原子构成，铜有铜原子构成，氦气由氦原子构成。老师这个钻石由什么构成吗？（碳原子）（板书）原子：是构成物质的一种微粒。常见的金属（铁、铜、铝、汞）和稀有气体以及金刚石、石墨是由原子构成。

(设疑)铜和金刚石都是由原子构成的，那他们的性质相同吗？为什么？（学生）不同，因为构成他们的微粒（原子）不同。

（归纳板书）由原子构成的物质，化学性质由构成他的原子决定。

（过渡）常见的金属和稀有气体以及金刚石、石墨是由原子构成。那么第二章我们研究了身边的化学物 质，有氧气、二氧化碳，水，还接触到了氢气，那么这些物质又是由什么构成的呢？

（展示）出示一杯水，水的符号怎么写？（副板书）把一滴水无限的放大的话，你会看到什么呢？（水分子），水分子有什么特点呢？（运动，微粒间有空隙）放FLASH（水、氧气、氢气、二氧化碳）（归纳板书）分子：是构成物质的一种微粒。常见的氧气、水、二氧化碳、氢气等都是由分子构成的。分子是由原子构成的。

（问题）2.水、氢气、氧气，二氧化碳这几种熟悉的物质性质尤其是化学性质一样吗？（不同，氢气具有可燃性、氧气具有助燃性、水能帮我们解渴，还能灭火）为什么呢？

宏观上，是因为它们的物质种类不同，微观上，是构成物质的分子不同 ．．．．．．（归纳板书）由分子构成的物质，化学性质由构成他的分子决定。总之物质的性质不同是由于构成他们的微粒不同。（考考你）

1、冰和水的化学性质相同吗？为什么？

2、水分解成氧气和氢气与水的蒸发这两个变化的本质区别是什么？判断依据呢？

（引出）接下来我们从微粒的观点来看物质的两种变化。（分析）水蒸发的宏观与微观。（水蒸发的动画）

（小结）水蒸发过程中水分本身不变，而是水分子间的空隙发生了改变。

（设疑）水分解生成氢气和氧气，氧气和氢气不再具有水的性质了，原因何在？水分解时水分子是如何变成氢分子和氧分子的呢？水分子发生了什么改变？（播放水分子分解动画）

（交流讨论）学生之间相互讨论。

1、化学变化中分子是否可分？

2、化学变化中原子能否再分？

3、化学变化前后分子种类是否发生了改变？

4、水分子是如何变成氢分子和氧分子的呢？

5、你可以获得化学变化的实质是什么吗？

(归纳板书)分子与原子的联系与区别。

二、微观看物质的变化

1、物理变化：分子本身不变，分子间空隙改变

2、化学变化：分子分解成原子，原子重新组合成新分子的过程。（化学变化的实质）

（过渡）化学主要研究物质的性质与变化等，刚才我们从微观角度分析了物质的性质和变化，而宏观的物质可以分成两哪两大类？（纯净物和混合物）那从微观角度，他们又有怎样的不同呢？（情景）冰水混合物是纯净物还是混合物？（从宏观与微观分别分析，用微观示意图展示）过氧化氢溶液呢？氧气和臭氧呢？（归纳总结）

三、从微观看纯净物和混合物

1、纯净物：由同种分子构成（由分子构成的物质）

2、混合物 ：由不同分子构成的（由分子构成的物质）（当堂反馈）

（课后拓展）由同种原子构成的物质一定是纯净物吗?能否举例说明！（学生讨论）学生小组讨论，谈收获！

（游戏）接下来我们感受一下分子的存在：手扇风

刚才感到了风，其实是空气中的许多分子和原子一起来打了你的脸，所以你就感受到了风。有哪些分子哪些原子呢？ 【板书设计】

构成物质的基本微粒（1）-----分子原子

一、分子、原子

1.原子：是构成物质的一种微粒。常见的金属（铁、铜、铝、汞）和稀有气体以及金刚石、石墨是由原子构成。（划书P66）

构成物质的原子不同，所以物质的性质不同（由原子构成的物质）

2．分子：是构成物质的一种微粒。氧气、水、二氧化碳、氢气等都是由分子构成的 构成物质的分子不同，所以物质的性质不同（由分子构成的物质）3.分子原子的联系：分子由原子构成。

4.分子原子的本质区别：化学变化中分子可分，原子不可分。

二、从微粒的角度看物质的变化

1.化学变化：分子拆成原子，原子组合成新分子。（化学变化的实质）

化学变化前后的原子种类不变原子数目不变 2．物理变化：分子不变，分子间空隙改变

三、从分子的角度看纯净物和混合物

“乙醇分子的组成和结构”教学设计 第3篇

1教学目标

◆知识与技能：

1.掌握乙醇分子的组成。

2.掌握乙醇分子的结构。

3.理解乙醇的溶解性、可燃性、与活泼金属反应等性质。

◆方法与过程：

1.通过定性、定量实验设计及定量计算，确定乙醇的组成及体验研究方法。

2.乙醇及Na与乙醇反应的定性定量实验研究，掌握乙醇的结构。

◆情感、态度与价值观

1.通过介绍中国的酒文化，激发学生兴趣。

2.通过乙醇分子的组成和结构探究，培养严谨的科学态度和定性定量分析的观念，渗透结构决定性质的思想。

2教学重点

乙醇分子的组成和结构

3教学难点

乙醇分子的结构及探究能力培养

4教学媒体

ppt、板书、实验

5教学流程

6教学过程

6.1情景引入，激发兴趣

［引入］酒是故乡的醇，我国的酒文化丰富多彩，请说出有关酒的诗句。

［学生回答酒文化诗句］“借问酒家何处有，牧童遥指杏花村”、“葡萄美酒夜光杯”、“明月几时有，把酒问青天”、“何以解忧，唯有杜康”。

［介绍用途］据记载，我国是世界上最早学会酿酒和蒸馏技术的国家，酿酒的历史已有4000多年。酒中精华是什么？——酒精，化学名称为乙醇。乙醇有相当广泛的用途，如医用酒精(体积分数为75%的乙醇水溶液)可用于杀菌、消毒等。今天我们就一起来研究乙醇。乙醇是一种什么样的物质呢？

6.2展示实物，感性认识

［展示乙醇］展示酒精灯

6.3设计实验，探究组成

［启思］性质由结构决定，首先让我们来探究一下乙醇分子的结构。组成乙醇分子的元素有哪些呢？请设计实验来证明。

［学生讨论设计］设计实验证明乙醇分子的组成:

(1)定性实验：燃烧——分别用干燥的烧杯和内壁蘸有澄清石灰水的烧杯罩在火焰上，验证反应产物——水、CO2→有C、H，可能有O。

(2)定量实验——确定是否含O元素。

取VmL乙醇，燃烧，将气体产物分别通过无水CaCl2和碱石灰，分别测出增重m(H2O)、m(CO2)，计算。

［定量计算］将4.6g乙醇完全燃烧后，生成0.2mol CO2和5.4g水，测量乙醇蒸气的相对密度是相同状况下氢气的23倍，求乙醇的分子式。

［板书小结］1.乙醇的分子式：C2H6O。

6.4定性定量，探究结构

［推测］学生从分子式推测乙醇的分子结构，可能有以下两种结构式：

(A)CH3CH2—OH：有1个氢原子与其他5个氢原子不一样；

(B)CH3—O—CH3：6个氢完全相同。

［定量实验］无水乙醇与钠反应。

［设计定量实验］定量测定足量的钠与乙醇反应产生的氢气的体积。

［启发］1.原料、原理是什么？控制乙醇过量，还是Na过量？——Na过量。

2.采用何种实验装置？——气体摩尔体积测定装置。

3.实验的关键是什么？——确保乙醇完全反应；准确测定乙醇的体积、产生氢气的体积；气体发生器要干燥。

4.操作步骤如何？气体发生器能否加水？

［学生交流设计实验］

(1)原料：乙醇、Na。

(2)装置——气体摩尔体积测定装置(见图1)。

(3)操作步骤：

(4)数据处理：

［学生分组定量计算］

［小结］

［板书小结］2.乙醇的分子结构

(1)电子式：

(2)结构简式：CH3CH2OH或C2H5OH

(3)结构式：

5.展示模型，思考深化

［展示］乙醇分子的比例模型和球棍模型。

［思考］1.醇为什么能与水互溶？

2.Na为什么能保存在煤油中？能否保存在乙醇中？

［小结］结构决定性质，性质体现结构；官能团对有机物性质的具有决定性作用。

6.课堂小结，方法提升

［课堂小结］

7板书设计

7.1乙醇

1.乙醇的分子式：C2H6O

定性：燃烧→产物检验→含C、H，无法确定O

定量：测定反应物、产物的量→计算→C2H6O

2.乙醇分子的结构：(A)CH3CH2—OH：3种不同的氢原子

(B)CH3—O—CH3：6个氢完全相同

定性：与Na反应→对比现象→含有—OH

定量：与Na反应气体产物测定→计算→一个活泼H

分子设计 第4篇

关键词：高分子絮凝剂,分子设计,磁性微球,应用

絮凝沉淀法是目前国内外普遍用来提高水质处理效率的一种经济简便的水处理方法。絮凝剂的种类较多,可分为无机、有机等几大类。无机絮凝剂的品种不太多,除常见的之外,近年研究发现,当被处理废水在较高pH值条件下,含有Mg2+的聚合物有较好的絮凝性能,用于处理生产石灰废水效果良好[1],此外,还出现了锌盐和钛系絮凝剂[2]。

有机高分子絮凝剂不仅具有用量小,产泥量少,不易受水中共存盐类、pH值及温度的影响,沉降速度快,污泥易于脱水等无机絮凝剂不具备的特点,而且分子可带等亲水基团,并具有链状、环状等多种结构,有利于污染物进入絮体,脱色性能好[3,4]。因此其应用越来越广泛,它的分子设计研究早已成为热点,而且预计今后很长一段时间都会继续保持活力。分子设计是采用一定的合成方法和手段,制造出具有特定聚合度、支化度、序列结构、立体构型、交联结构、凝聚态等结构的高分子化合物,并通过控制高分子的各级结构,最终获得具有指定性能的高分子材料。本文主要对各种有机高分子絮凝剂的分子设计方法及应用进行介绍,并展望这一领域的发展。

1 高分子絮凝剂的分子设计及应用

1.1 合成高分子絮凝剂的分子设计

合成高分子絮凝剂由于分子量大、官能团多的结构特点,在我国市场上占绝大优势,但从品种和数量上都不能满足消费者的需求。它最大的特点是可根据需要对碳氢链的长度进行调节,同时在碳氢链上可以引入不同性质的官能团。

1.1.1 聚丙烯酰胺(PAM)系列

聚丙烯酰胺等因具有良好的水溶性、高相对分子量、良好的粘性容量等一直受到人们的重视。它的化学性质比较活泼,由于分子侧链上酰胺基的活性,使它易于通过分子设计改性而拥有更宝贵的性能。其结构式见图1。

陈思莉[5]等研究了低温合成的丙烯酰胺-阳离子瓜耳胶接枝共聚物(CGG-g-PAM)对高浊度烟草废水的絮凝效果,去浊率达98%,絮凝性能优于阳离子瓜耳胶(CGG)和阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)。李琪[6]等以丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)和丙烯酰胺为原料,通过反相乳液聚合,得到了溶解迅速且絮凝效果好的阳离子聚合物乳液。赵娜娜[7]等将单体在去离子水中按一定比例共聚制得的透明胶状AM-DAC阳离子PAM(阳离子度70%),对含油废水去油率达93.1%。宁荣昌领导的课题组探索了一种新型独特的合成方法,先合成先驱体材料,然后通过高弹态的固体与液体的复合反应,合成的PAM分子量为2000万～2500万,远高出于国外同类产品,且成本较低。

此外,梳形高分子由于亲水亲油基团的相互排斥,使分子内和分子间的卷曲、缠结减少,提高了水溶性高分子在水中的絮凝作用,最常见的梳形高分子为梳形聚丙烯酰胺共聚物[8]。

1.1.2 其他

王刚等[9]以聚乙烯亚胺、NaOH、CS2为原料,在一定条件下合成了一种新型两性高分子重金属絮凝剂聚乙烯亚胺黄原酸钠(PEX)。高和军[10]等以己二胺为扩链剂,三甲胺为阳离子化试剂,对聚环氧氯丙烷先扩链,后阳离子化改性,制得了一类主链含有醚键,侧基带有季铵基团的高分子絮凝剂聚环氧丙基三甲基氯化铵(PECHA),得到了水溶性好且相对黏度较大的产品。

1.2 天然高分子絮凝剂的分子设计

1.2.1 淀粉

我国以可溶性淀粉、玉米淀粉、马铃薯、红薯、木薯淀粉为原料制备阳离子型高分子絮凝剂已有大量研究。国外的研究成果也很多,不久前美国有一项专利[11]称,葡聚糖淀粉与高聚物絮凝剂接枝后的共聚物,可使工业“Bayer”生产过程中产生的红泥澄清并沉淀下来,从而容易加以分离。淀粉的化学结构见图2。

赵小学[12]等以黄原酸盐(ISX)为基础,在碱性条件下加入H2O2,引发交联淀粉与丙烯酰胺接枝共聚,结合了ISX去除重金属与St-g-PAM降浊的优点。张延霖[13]等研究了淀粉接枝丙烯腈的最佳工艺条件,所制得的产品对较高浓度的有机废水浊度去除率83.5%,COD去除率85.2%。Sableviciene 等[14,15]以 N-(2, 3-环氧丙基)三甲基氯化铵(CHPTAC)为醚化剂,合成高取代度马铃薯阳离子淀粉,用其处理50 gL-1的高岭土高浊水,结果表明,取代度为0.27～0.32的阳离子淀粉絮凝剂的絮凝效果最佳。吕彤[16]等利用淀粉葡萄糖苷中羟基的反应活性,以正磷酸盐为阴离子化剂,对高取代度的阳离子淀粉改性,制备出阴阳离子比为0.5的两性淀粉。聚合物表现出良好的水溶性,并且有极好的耐电解质性。对其表征结果表明结构中仅非晶态区发生改变,并未改变整体结晶结构,因此它可完全降解并无二次污染。

1.2.2 壳聚糖

甲壳素是自然界含量仅次于纤维素的第二大天然高聚物,壳聚糖则是甲壳素脱除碳酸钙并经乙酰化后的产物[17]。甲壳素与壳聚糖的化学结构分析如图3、图4所示。

壳聚糖是一种线型分子,在酸性溶液中会形成高电荷密度的阳离子聚电解质,显示良好的络合性能和絮凝性能。但因其电荷密度小、水溶性较差、分子量较低等缺点限制了它的广泛使用。用不饱和烯类单体与壳聚糖接枝共聚是对其进行化学改性的重要方法[18]。目前所用改性单体多为丙烯酰胺、丙烯腈和丙烯酸等非离子或阴离子型单体。

董怡华[19]等将丙烯酰胺与二甲基二烯丙基氯化铵(质量比2∶1)与壳聚糖发生接枝共聚反应,合成了壳聚糖阳离子型改性高分子絮凝剂PCAD,以高岭土模拟水样为处理体系,絮凝实验表明PCAD效果好,适应范围广。李泗涛[20]等研发的壳聚糖(CTS)、丙烯酰胺和丙烯酸乙酯基三甲基季铵盐(SMC)的两性三元接枝共聚物(CAS)与PAC复配絮凝效果显著,COD去除率62%,色度去除可达96.5%。朱开梅[21]等用甲壳素吸附金属离子作为载体催化氧化处理造纸废水,COD去除率82%以上。

1.2.3 木质素

木质素是由苯丙烷通过醚键和碳碳键联结而成的复杂、无定形的三维空间结构的高分子网状化合物。它具有多种官能团,反应性能较好,可与亲电、亲核试剂反应,还能进行氧化、卤化、硝化、曼尼奇(Mannich)、接枝等反应,因此易于对其进行分子设计。

木质素分子的空间结构为球体和密集卷曲体之间的中间形式,分子量偏低,活性吸附点少,这些直接影响了它的絮凝性能。可通过交联、缩合等反应改变木质素的空间构型,增大分子量,引进有絮凝性能的官能团。Hannu Mikkonen等[22]首先用缩水三甘油三甲基氯化铵或氮三甲基氯化铵与造纸黑液过滤后的产物进行反应,再用甲醛交联,最后阳离子化制得阳离子木质素,用其净化废水,不仅减少了对环境的污染,还回收了大量的可利用资源。

此外,还可在木质素分子上接上特定的官能团,如等,增加木质素分子上的活性吸附点。

1.3 无机-有机高分子复合絮凝剂的分子设计

将无机、有机絮凝剂复合,充分发挥它们的协同增效功能,就可以开发出高效、优质的新型絮凝剂。江霜英等[23]用壳聚糖、聚合铝和三氯化铁为原料制成了复合絮凝剂CAF,发现CAF净水效果明显优于单独使用聚合铝、三氯化铁或壳聚糖,浊度去除率可达99.6%,CODMn去除率可达68.6%。王趁义[24]合成了一种新型金属有机絮凝剂聚丙烯酰胺铁(PF),它是PAM与Fe3+形成的内络合物RCONH2-(RCOO)3Fe3+。絮凝试验表明,絮团大且密实,不易破碎,且能较大程度降低滤饼水分和滤液固含量。

2 磁性微球

磁性微球是通过适当的方法使有机高分子与无机磁性物质结合起来形成的具有一定磁性及特殊结构的复合材料。作为新型功能材料,磁性微球功能强大,科研工作者已经尝试将磁性微球引入废水处理领域,用作吸附剂及絮凝剂净化废水。

2.1 磁性微球的分子设计及制备

表面功能化磁性微球的制备方法主要有:

(1) 单体共聚法:疏水性单体制备功能化磁性微球常用的方法,主要是与含有功能基团的单体共聚。

(2)共混包埋法:亲水性高分子本身含有丰富的活性功能基团,如多糖、聚丙烯醛、聚乙烯醇等,可直接与磁性颗粒进行共混包埋制得功能性磁性微球。该方法制备过程简单,表面的功能基团含量高,表面本身含有各种功能基团,可直接偶联所需的配基,但所制备出来的磁性高分子微球大小难以控制,粒径分布较宽,磁含量不均匀。

(3)化学转化法:先合成均一的带有功能基团的多孔有机聚合物微球,然后将此微球浸渍在一定浓度的Fe2+和Fe3+混合液中,使聚合物微球在铁盐溶液中溶胀、渗透,再升高pH值,得到铁的氢氧化物,最后升温到适当的温度,即可得到含有Fe3O4微粒的磁性高分子微球。

(4)可控自由基聚合法:利用磁性无机粒子表面的羟基反应点,首先在磁性无机粒子表面引入自由基或是直接在磁性无机粒子表面引入引发剂,然后再将这种带有自由基或引发剂的磁性无机粒子加入到油相单体中,由这些粒子来引发单体聚合。

此外,也有人利用电荷相互作用导致的异相凝结原理制备了磁性微球,即制备表面带正电荷的聚合物微球,然后将表面带负电的Fe3O4通过电荷相互作用结合到聚合物微球上,或者制备表面带有特定基团的聚合物微球,然后通过基团与无机磁性材料发生络合制备反核壳结构的磁性聚合物微球,如果再在其表面包裹聚合物则可以制备夹心磁性聚合物微球。

2.2 磁性微球的研究及应用

目前用磁性微球处理废水主要是针对磁性壳聚糖微球。它不仅具有壳聚糖微球的特点,而且具有磁响应性。

姜炜[25]等通过乳化交联法将纳米磁性γ-Fe2O3粒子包裹在壳聚糖(CS)中制备出纳米磁性γ-Fe2O3/CS复合微球。微球彼此之间形成了壳-多核式结构,也就是说在微球内部包含有大量的γ-Fe2O3粒子,同时在表面也会有部分γ-Fe2O3粒子,如图5所示。

罗志敏等[26]将壳聚糖、丙烯酰胺接枝共聚制得悬浮液,在铁磁流体(Fe3O4)与聚乙二醇(分散剂)存在下通过与戊二醇交联,制备了磁性壳聚糖-聚丙烯酰胺微球。洪爱真等[27]用磁性CS微球对水溶性偶氮染料模拟废水进行吸附脱色处理,结果表明,在pH为3.0左右时,吸附剂饱和吸附量达665 mgg-1。朱开梅等[28]采用悬浮聚合法制备了甲基、丙烯酸甲酯丙烯酸共聚物(MMA-AA)磁性微球,用于富集水溶液中的痕量环丙沙星。

3 结语

现有的絮凝剂种类是有限的,而且用途、效果也比较单一,为了满足人们更高更新的要求,应在首先了解构成分子的化学结构和物性之间相互关系的基础上,根据要求合成出具有特定结构及所需物性的聚合物。因此利用分子设计的原理来得到更丰富、复合化、多功能化的改性高分子絮凝剂是有意义的。合成高分子絮凝剂用量小、絮凝能力强、产生浮渣少,天然高分子絮凝剂具有高效、无毒、絮凝广泛等优点,复合型絮凝剂则以其高效廉价的优势迅速发展,多功能复合型絮凝剂的开发也具有广阔的前景。

为了促进高分子絮凝剂更好的发展,笔者提出值得注意的几方面:

(1) 由于废水中带负电有机质的增多,我国阳离子高聚物的研发一直呈上升趋势,而关键是找到合适的阳离子单体以及有效地进行分子嫁接。由于缺乏阳离子单体的生产,阳离子絮凝剂的发展受到阻碍。

(2) 城市生活污水的水质变得越来越复杂,对水处理剂复合功能的要求也越来越高,因此絮凝剂除具有优良的絮凝性能外,还应有杀菌、脱色、除COD、缓蚀等多种功能。如淀粉有很好的絮凝作用,但不具备杀菌功效。通过分子设计,可提高絮凝效果,还可以使其具有一定的杀菌能力。

(3) 现在国内对无机-有机高分子复合絮凝剂的制备与研究还处在实验室阶段,尚未商业化。需要指出的是,现在很多无机-有机复合絮凝剂都只是简单的复配使用而已。

分子热运动教学设计 第5篇

教学目标： 知识与技能：

①知道一切物质的分子都在不停的做无规则运动和分子热运动。②知道分子之间存在相互作用力

③能识别扩散现象，并能用分子热运动的观点进行解释。过程与方法：

①通过演示实验说明一切物质的分子都在不停的做无规则运动。②通过演示实验使学生知道物体温度越高分子热运动越剧烈。

③通过演示实验以及与弹簧的弹力类比使学生了解分子之间既存在斥力又存在引力。

情感态度和价值观：

用演示实验激发学生对大千世界的兴趣。使学生了解通过直接感知的现象，可以认识无法直接感知的事实。教学重点和难点：

根据《课程标准》和学生认知特点，确定本节课的教学重点、难点： 重点：一切物质的分子都在不停的做无规则运动 难点：分子间相互作用力。教学准备：

教师准备：电脑课件、香水、气体扩散实验装置、烧杯、热水、冷水、分子引力实验装置、分子的弹簧模型、两片玻璃片、筷子、弹簧测力计、细绳 学生准备：钢笔水、笔

四、教学过程：

（一）创设情境 拿一瓶香水打开盖，学生闻到香味。

师问：“香水是由什么组成的？”引导学生回答出“分子。”

师问：“那你们看到香水分子了吗？为什么看不见呢？”引导学生回答出“分子很小。”

师问：“小到什么程度，谁知道？谁能描述？可以看书回答？”学生描述分子。师问：“你们闻到香味了吗？香水在瓶子里，你怎么会闻到？（怎么会到你的鼻子里？）”引导学生回答出“分子运动”并板书。

师问：“物体运动与分子运动是有本质的区别的，你们看给分子运动起个什么名好呢？”引出“热”并板书。

（二）探索新知

师：“关于分子热运动同学们想知道哪些问题？”学生提问。

师：“同学们提出的问题老师课堂上能解决的尽量解决，解决不了的同学们课后查阅资料进行解决。” 课件演示：气体扩散实验。

引导学生观察，抽掉玻璃板后，会发生什么变化。

教师由密度引出这个现象的本质是分子运动，师问：“谁能给这个现象起个名？”引出扩散现象。并板书。

引出分子都在不停的做无规则运动。并板书。

师问学生：“谁能举出扩散现象在生产生活中的实例？”尽可能多举。课件演示：液体固体的扩散

教师提问： 气体之间有扩散，那么液体之间固体之间有没有扩散呢？学生自学。进行举例。

师：固体液体气体都可以扩散，我们可以给它综合成一个名——一切物质。并板书。

实验探究：影响扩散快慢的主要因素是什么？

师：什么能影响扩散的快慢呢？请同学们猜想一下。学生猜想。

教师引导：“你猜想的根据是什么？你想用什么样的实验来验证你的猜想？” 学生分成小组进行探究实验。学生讨论，得出结论。

教师指出“由于分子的运动与温度有关，分子的无规则运动叫做分子热运动” “为什么叫热运动大家明白了吗？谁来解释一下？”引出结论。分子间作用力

①让学生拿一只笔抻压，分析分子之间有什么特点？

教师：“请同学们猜想一下。”学生进行猜想：既有引力又有斥力。教师：“能不能证明。”

②教师演示分子引力实验。③学生分组做玻璃片实验。

④弹簧球模拟引力、斥力实验。并得出结论。⑤学生活动：学生进行立筷子活动。

（三）巩固新知

1、举出一些扩散的例子。

2、冷水热水中放糖块，经过相同的时间后，哪一个更甜？解释现象。

3、撕开纸比抻开纸容易，为什么？

（四）课后实践

以《当你走进分子的世界时，你看到了什么》为题，做一篇300字的作文。

（五）板书设计

一、分子热运动

1、扩散现象

2、实验探究：

分子设计 第6篇

传统意义上的3D打印设备通常使用塑料等原料，被用于快速原型等领域，面临困局。随着其技术的逐渐普及，3D打印装备制造业正面临着激烈的竞争，2013年数据显示，3D打印板块股集体陷入低迷，同质化与打印效果的困境逐渐影响着市场对3D打印装备制造的信心。2013年，中国餐饮行业总收入为2.54万亿元，作为日常生活的永恒刚需，设计思维将孕育未来餐饮巨头，并为3D打印创造新机遇。

关键词：

设计思维 食品3D打印 分子料理

传统3D打印的困境

被媒体炒作在风口浪尖的3D打印，在传统市场面临困局。

3D打印市场研究机构Wohlers Associaties Inc的调查显示，2013年，全球部分3D打印公司的股价涨幅超过一倍，而同时该市场的年营收却仅仅增长27%至28亿美元。从今年年初至今，3D打印市场的两大领导品牌3D Systems Corp和Stratasys Ltd的股价分别下跌了40%和19%，这也让整个3D打印板块股集体陷入低迷。亚洲发达国家日本在早年引入3D打印技术后，其3D打印的企业普及率依旧不容乐观。据日本共同社7月11日报道，日本大阪商工会议所10日发布的调查结果显示，非大型企业中3D打印机的使用率仅为9.2%。

3D打印的应用场景亟待开拓新的思路。

1.3D打印食品兴起

1.13D食品打印机

3D食品打印机是将3D打印技术应用到食品制造层面上的一种机器，主要由控制电脑、自动化食材注射器、输送装置等几部分组成，它所制作出的食物形状、大小和用量都由电脑操控，其工作原理和操作方法与3D打印机相似。与传统的食品生产相比，它不需要采购生鲜菜品，不需要配作料和油料，不需要厨师介入，不需要锅子，也不需要加热设备，整个过程是自动化、无人操作的，甚至可以远程操控，打印好的食品是熟的。整个厨房没有油烟味，没有辛辣味，非常干净和整洁，只用一台3D食品打印机就取代了电磁炉、冰箱、烤箱、微波炉和煤气灶等厨房设备。

3D食品打印机使用的打印材料是可食用的食物材料和相关配料，将其预先放入容器内，将食谱输入机器，开启按键后注射器上的喷头就会将食材均匀喷射出来，按照“逐层打印、堆叠成型”制作出立体食物产品。使用者可以自主决定食物的形状、高度、体积等，不仅能做出扁平的饼干，也能完成巧克力塔，甚至还能在食物上完成卡通人物等造型。

1.23D食品打印机的现状

世界首款3D食品打印机是西班牙创业公司NaturalMachines研制出的名为“Foodini”的食品打印机，是一款融“技术、食物、艺术和设计”于一身的家用食品机械，通过多个喷嘴的不同组合，可以制作出各种各样的食物，如汉堡、披萨、意面和糕点等多种食品。

3D打印食品原料简易，多为粉末或液浆，搭配方便，易保存且保质期长，这些特征使其在航天食品领域得以应用。2013年美国宇航局，投资研究经费开发3D食品打印机，方便宇航员在空间作业时使用。可以带去太空的新鲜食品类型有限，而3D食品打印机即能提供新鲜食物又保证营养，同时设备体积小节省空间。

传统的饼干多采用模具来进行表面图案的印刻和形状的固定，由于油脂作用，经过烘焙之后往往无法保持应有形状，不适合复杂细致的几1可印花。而采用3D打印技术，在适当地改变配方之后，制成的饼干可以保持完美的形状，可以印制复杂的形状。

食品打印多用于难以手工制作的食品制造上，例如某些食品虽然材料单一，但需要比较复杂的制作方式，手工很难完成，而采用食品打印就方便快捷多了。

Periard认为食品打印有两大优点：①适用性广，操作简单方便使用，即使没有技术背景的用户也可以很快熟悉食品打印机的使用；②食品打印具有很大的创作空间，灵活性高，对于创意非凡的厨师以及其他使用者，是很大的创意施展平台。

3D食品打印操作简便，制作速度快，食材搭配灵活，创作空间高。产品特征鲜明多样，口感独特，方便咀嚼，有趣好玩，营养好吃，其消费人群不受年龄限制，不仅吸引孩童，更方便老年人以及进食困难、吞咽困难的病人等。相信随着3D技术的高速发展和广泛应用，3D食品打印的市场空间和销售范围也会不断增大。

2.分子料理

时下，国际烹饪界流行语——分子厨艺，什么是分子厨艺呢？Gastronomie Moleculaire（分子厨艺），其本质就是用科学的方式深入理解食材分子的物理，化学特性，然后采取新颖手法及先进技术创出“精确”料理，重新诗释美食的定义。将科学理论全面应用于料理而形成举足轻重的学派归功于法国科学家HerveThis，他也是“分子厨艺”名称的创始人。HerveThis曾提出分子美食学有5项目标：研究各种烹饪技巧背后的原理；明白食谱上记载的材料经过处理，相互间的化学变化；研发新产品新工具及新煮食方法；创作新菜式；令社会明白科学对日常生活的贡献。

2.1分子料理的工具

分子料理最先是借助于化学上的各种工具和机器，而发展至今，在业界内已经开发出使用方便的各类工具和机器。这些设备与食品3D打印机的产品形象是十分一致的，富有科技感，吸引特定的消费人群，并且把传统料理背后的反应过程精确控制，得到最为让人惊喜的口感，并保证品质更加稳定，达到统一标准。

鱼子盅：由很多针孔，一个针管组成。它使—次性制作一百颗左右的人工鱼子成为可能，特别是小的鱼子。

红外温度计：它能够快速而准确地测量食物的温度，与传统的厨房温度计相比，它不用插入食物，十分方便。是真空低温烹饪的必需品。

手持搅拌棒：榨汁，搅拌，混合，泡沫，粉碎功能。只需按一下按钮。

烟枪：它可以使食物在短短的1分钟内达到烟熏的效果，而且不同的烟粉可以产生不同的口味，比如说木香或者鱼香。

真空包装机：它在食物保鲜上已经得到广乏的应用，也是真空低温烹饪必不可少的机器装备。

万能料理机：这是一种多功能的厨房机器，可以绞碎、混合、磨粉，揉面等。而且同时能保温或者加热，是分子厨房中的一个得力助手，堪称世界上最小的厨房，

旋转蒸发机：它可以高速旋转，使液体蒸发，主要用于提取香气和香精。Sosa通过此法提取了180种香精制作了香味大全供专业人士使用，

万能冰沙机：这种冰激凌机能保持水果的原味，能快速地制作冰激凌、冰沙等，而成品的口感独特、十分细腻。

其实，还有很多设备，如脱水机，低压真空烹饪机等。

2.23D打印应用于分子料理的新机遇

分子料理通过各种仪器式的烹饪工具，重构食材，塑造新奇的五感体验，实际是食材的陌生化。陌生化，是20世纪初俄国形式主义代表人物什克洛夫斯基提出的，他认为“艺术的技巧就是使对象陌生化，使形式变得困难，增加感觉的难度和时间的长度，因为感觉过程本身就是审美目的，必须设法延长。”然而，在日常生活重复单调的更替中，许多事物往往从认知到接受再经历一定的时间和过程会转化为一种无意识、机械式、自动化的感知，逐渐变得习以为常，缺乏新鲜感。只有突破定式、打破常规，展示标新立异的新姿态，才能唤起大众的注意力。

餐饮产品要生存，就必须不断加强产品的开发创新，不仅要适时推出新品种，而且还要对老品种在保持其传统风格的基础上，在生产工艺和产品质量上不断提高，使产品精益求精。这就要利用餐饮产品的可组合性，把餐饮产品进行重新组合，达到创新的目的。同时，烹饪原料也更加丰富，用更多新原料、新调料烹制出新菜品是餐饮业发展的必然趨势。食品3D打印对年轻时尚的分子料理食客来说，创造了丰富的食材组合可能性，个性养生功能，社会炫耀功能，礼品馈赠功能，在新奇的口感中得到前所未有的新满足。

所谓特色营销，即餐饮企业以顾客为导向，根据调矾细分市场，以差异化为基础建立起自己的营销特色。食品3D打印让本已十分具有特殊体验的分子料理更具特色。追求时髦是许多现代人的重要心理需求时髦的东西往往能够调动起人们的消费欲，又引起人们强烈的求异心理，愿意去尝试不同的风味。求异心理是人类特有的具有反射能动性的心理类型，在面对一成不变时，人内心会自发地、无意识地形成抗争力量，从根本上说是个体自我意识的觉醒。现代社会快速发展，各方面都在进步，物质生活的提高却并不能满足人们精神世界的提升。相反地，程式化、秩序性促使意识形态和价值体系趋同一致，最终导致自由消失和个体压抑，人变得平庸、刻板，缺乏个性，失去了想象力和创造力。面对这样的社会境况，个体内心反射性萌生出渴望自由、追求新奇、不拘陈规的巨大力量。在分子料理中引入个性化和定制化的3D打印食品，在自我实现层面的分子料理食客能首先获得内容和形式上的个性化创造，用于表现自己的与众不同，引发他人及社会的强烈关注，从而体现作为个体的自我存在价值，最终满足高涨的自我意识。

3.以设计思维思考3D打印食品风靡的实践因素

3.1用数字规范产品强化品牌，提高客户反复购买率

标准化连锁食品工业的成功企业，如行销全球的麦当劳，深入大街小巷的奶茶品牌，使用了优化设计的标准操作流程，引入流水线思维的工业工程设计，使得人力资源的智力因素大大降低，即使大量使用兼职和高流动人员，依然可以保证食品口味和质量的均一，从而无需招聘高技能人才，大大降低了人员成本并缩短了培训时间，实现人员快速上岗。并且，品牌源于品质执行的一贯性，实现连锁产品的品质均衡，可以提升消费者信赖感，并促成不同地点的反复购买，提高购买率。

麦当劳将产品的制作精确到0.1毫米的精度。如，严格要求牛肉原料绞碎后，一律按规定做成直径为98.5毫米、厚为5.65毫米、重为47.32克的肉饼。食品要求标准化，无论国内国外，所有分店的食品质量和配料相同，并制定了各种操作规程和细节，如“煎汉堡包时必须翻动，切勿抛转”等。

食品3D打印机在实现产品均一线上具有天然优势，通过中央厨房统一配送打印用的食品原料和基材，预先编制自动化打印程序，并对用户定制部分执行模块式的优化，相比需要见明火的传统连锁食品工业而言，几乎实现了从“依葫芦画瓢”式的手工抄写到了打印机复印机复制的高精度标准化执行，大大降低了对人员的智力需求，并极大地确保了品质的一贯性。过去的操作流程简化，虽然可以有效降低设备成本和时间成本，但是需要较长时间的培训l，并且依赖各式各样的自动化高成本设备，而普及化的3D食品打印设备优势明显。

3.2整合传感器技术，实现菜式的智能收录

3D扫描技术可以十分方便地得到菜式的形态。三维扫描仪的原理非常简单：在被扫描物体表面取一些点，计算这些点与扫描仪之间的距离，当测量的点足够多，就能得到被扫描物体的轮廓，把这些点相邻的之间建立联系，就是三维立体的模型。由于不同波长的激光在空气中传播的特性被研究的很透，所以3D扫描仪在工业领域的应用已经非常成熟，并且工业级的产品精度非常高，可以达到±0.04毫米甚至更精确。这样高的精度对于一道炒菜而言，已经达到了面包屑撒在哪个位置都可以复制的程度。

食品成分分析技术也十分成熟，它可以很快分析出食品的成分，并已开始进入日用品市场。Vessyl智能水杯是一款外表普通但暗含着非凡特点的杯子：它总能知道它装的是什么。利用安装在内壁上的传感器，它能自动分析你倒入其中的液体的分子成分。它适用于各类袋装咖啡、啤酒、葡萄酒、冰沙、果汁等。而且它极其精确，它不仅能知道你在喝苏打水，还能准确辨别出你喝的是雪碧、斯奎特还是七喜。

科幻电影《星际迷航》中，“进取”号的船员使用复制器复制他们最喜欢的食物。基于诸如3D扫描技术和食品成分分析技术等传感技术和人工智能算法，在不久的将来，食品3D打印将无需依赖提前编制程序，而实现“看”一道，学一道，做到极高精度的口味一致性和视觉美感。

3.3脱水运输，降低食品物流成本

与传统物流相比，运输成本居高不下的生鲜商品，需要特别的运输车辆和管理流程。传统食品不易储存，如何做到保质保‘鲜’，这关系到用户体验。而要做到保质保“鲜”，必须冷冻保存，冷链物流是关键，但冷链物流成本很高。加之来回的退货只能成倍的增加商品损耗，部分保质期更短的商品只能直接报废。生鲜产品的供应链上原本便有20%的损耗率。

3D食物打印机采用粉末状食材，可以减少食物在仓储、运输过程中的浪费。由于各种粮食含有一定的水分，容易在仓储和运输的过程中腐败变质，这些变质的食品就会被扔掉。在未来用3D技术打印食物前，会把绝大部分粮食和肉类先加工成几乎不含有水分的粉末，在制作食物时，再往打印机的“食品墨盒”中添加各种粉末和水。这些粉末状食材被分门别类地装入真空食品袋，不仅减少了仓储和运输成本，而且可以长时间储存，在没有打开包装袋的情况下可以保存30年不变质。

3.4按需配给，避免浪费，营养个性化而全面

3D食物打印机不光是好玩有趣，它还可以避免食物浪费，从而解决全球粮食危机。平时人们无论在家做饭还是在饭馆点菜，往往采用“模糊”算法，大概差不多就行了。而且，为了保障每个人都吃得饱，会在“差不多”的基础上再加一些，多出的这些食品往往就浪费了。有了3D打印机后，它可严格按照人们的饭量准备食物，总量精确到克，可有效地减少浪费。

欧盟投入400万美元研发的食物3D打印机项目体现了对未来老龄化社会的担忧。欧盟在调查中发现，这片大陆2025年以后将会有逾两成人口超65岁。而随着人年龄的逐渐增大，对营养的要求也开始有了变化。目前，不少银发族都被要求遵循嚴格特制的食谱，以保障人体所需营养及维持身体健康。此外，研究表明约有15%到25%的50岁以上高龄人群都有吞食食物方面的障碍，这一比例在养老院中更高：约为30%至60%。如果老年人食物摄入不足就容易诱发营养不良问题，甚至导致心理问题，比如抑郁症。由此可见，吃好一顿饭，对于老人多么重要。

欧盟的科学家们希望通过在3D打印机墨盒中装上液态蔬菜，肉类和碳水化合物的原材料来达到打印各类更复杂食材，从而满足老年人膳食结构和营养需求，这个计划被称为PERFORMANCE。

3D打印机不仅能定制食物，而且还能进行大规模生产。医护人员和营养家根据个体的需求安排私人定制菜单，将蛋白质大小，营养需求，食物构造等信息之后植入QR码中，印在盘子上。将盘子交由各地3D打印机构扫码并生产相应食物，再送到各家各户或者养老院去。这样，老人们便可以依照自己的偏好选择可口的饭菜了。

3.5改变食物口感，方便特殊人群，垂直市场潜力大

3D打印出的食物不仅营养丰富，菜式精度高，品质一致，它还可以改变人们对食物口感的传统印象，让老人和病人从流质食物中解放出来，方便地食用美味的食品，让厨师和家庭老年人护理者可以迅速、便捷而且毫不费力地准备新鲜食物，满足病人的需求。

德国科学家研制出了一种3D打印的超级顺滑“凝胶状”食品，这种食品看上去就和我们每天吃的东西一样。从花椰菜到烤羊肉，这种打印食品看上去非常逼真，但口感可能会令有些人大吃一惊。这种技术将鸡肉、胡萝卜和水果等平常的食物解构，变成一种可以不用咀嚼的顺滑形式，然后将其重新打造成普通食品所具有的外观。

研制这种打印食品的是德国比奥佐恩公司的科学家，此举旨在让有吞咽困难或不能正常进食的病人可以优雅地进餐，有60%的老年病人吞咽困难。

“顺滑食品”利用或生或熟、或新鲜或冷冻的食品，将其切碎、混合、熬成汤，或搅拌成泡沫，然后成形，让有咀嚼或吞咽困难的人能享用。

比奥佐恩公司的创建者、该项目的协调人马赛厄斯.屈克说：“最后打印出来的食品的外观和味道与原来的食品很像。但这种食品口感柔软像凝胶，在嘴里很容易溶解，对咀嚼或吞咽困难的人来说很安全。”

3.6利用嗅觉添加物增加食物好感

嗅觉是动物最原始的感觉，是高度发达的感觉器官，是生存必不可少的一部分。嗅觉可给动物预警，帮助动物寻找食物，从营养物中分辨出有毒食物等。嗅觉也参与繁殖（从交配到辨认自己的幼仔）。嗅球是负责嗅觉的神经系统的一部分，而扁桃体是边缘系统的一部分，参与情感反应，二者密切相关：嗅觉与“情感脑”相关，气味可影响动物的舒适度和某些行为。因此，某些气味可对情绪、行为和食欲产生积极作用，相反，有些气味则可能成为应激源。

嗅球也与负责联想学习的海马状部位相连。专家认为：嗅觉记忆的形成是无意识的，甚至从出生前就已经开始了。在动物中，三文鱼就是一个很好的例子，即便三文鱼在海洋度过几年以后，它仍可通过嗅觉记忆找到方向，辨认出他们最初是从哪条河游来的。

感官刺激和感官型添加剂的原理是利用嗅觉和嗅觉记忆的重要作用，刺激动物食欲，产生食物忠诚度。不仅如此，还可通过正面的感官经验改善对食物的体验，减轻环境应激的影响。

法国馥蒂公司的气味和营养专家开发并通过生产实践验证了感官复合物（VEO）。VEO是一系列感官添加剂的核心，满足每种动物不同生理阶段的特定需求。

VEO对动物的2种作用与其在大脑的作用模式直接相关。首先，VEO建立一个正面且独一无二的感官体验，这将在动物记忆深处留下不可磨灭的印象，这种机制产生了饲料忠诚度。其次，所观察到的VEO对食欲和应激的作用直接相关，调控突触间神经递质的传递，这种作用模式的理论目前已得到完全证实。

3D食品打印由于控制了食品原材料的几乎所有特性，因此可以很好地对食物的嗅觉做出调整，并提升用户黏度和用户体验。

3.7用色彩心理学精确设计菜品色彩和容器质感，激发食欲

色彩心理学对人类认知和消费欲望有深入研究，而食品消费以及视觉体验对食品3D打印有指导意义。

例如，红色的果实象征着成熟，并且能给人带来甜美的口感，所以，红色在菜品上主要用于传递甜的味觉。红色还能给人带来热烈、喜庆的心理感觉，有可以使食品拥有喜庆、热烈的含义。黄色可以让人想到到刚制作好的糕点，散发着诱人的香味。因此，食品菜品在表现食品香味的时候，多用黄色。而橙黄色介于红与黄之间，在食品菜品上多用于传递如橙子，橘子等甜而略帶酸味的食品的味觉。而表现嫩、脆、酸、新鲜等口感与味觉一般都以绿色系列的色彩来表现。某些色彩能给人美好的味觉暗示，也有些色彩恰恰相反。例如黑色，灰色会对人的心理产生苦涩的感觉，而深蓝、青色能使人感觉到咸味，较深的绿色会使人产生一种酸涩的感觉，如果要在食品中大量使用这些颜色就一定要慎重了o

3D打印技术不仅打印了菜品本身，还可以打印符合菜品形态，促进食欲的容器。通过了解人类自身对色彩的感觉，表现食物的味道感，作为色彩的补充还可以通过对菜品容器造型、材质和菜品上的图形画面来表现。比如用冷色系的颜色加上硬质风格的图形，折叠型的纹样来表现口感松脆的食品等。

打印色彩的最终确定要考虑到食品的味道、口感，而产品本身的档次和与同类型产品的区别也不能忽视。食品的最终效果应该做到既能传达产品本身的特色，叉能和谐的组合色彩，在味觉上对消费者产生心理暗示。

3.8推广初期，以新异料理手法带动病毒传播营销

3D食品打印不仅在食品工业全流程中具备优势，作为一种新异的料理手法，其在用户体验及传播层面也具有突出优势。在3D食品打印成为解决未来人口爆炸后的天然食品短缺问题之前，3D食品打印将成冒险家人格消费者群体的盛宴。

求异心理常常伴随着好奇心理一同发挥主观能动性，分子料理结合3D食品打印牢牢抓住了大众的好奇心理，使其成为当前互动新媒体时代大众交流和炫耀的工具。从传播学的角度来看，分子料理结合3D食品打印的盛行必然经历了“传播—接受—再传播”的过程，其间包含着大众对分子料理结合3D食品打印由被动接受到主动传播的能动性转变，好奇心理则是促成这种转变的内在诱因。

好奇是人类与生俱来的一种心理类型，是人类对大自然无穷魅力探索的内心渴望，是促使人类不断进步的内在推动力。好奇心理往往给人们预设了一个心理期待，这种期待只有得到释放和宣泄时才会获得心理满足的快感，于是人们总是在好奇心理的推动下自觉不自觉地寻求答案。

分子泵机组控制系统的设计 第7篇

空间滤波器由一对共焦正透镜和共焦的滤波小孔组成, 基本结构见 (图1) , 清洁空气的击穿阈值为107w/cm2, 当激光的功率密度超过109w/cm2时, 需要抽高真空至110-3Pa, 在不进行全系统烘烤的情况下, 分子泵组全速运转一段时间后系统真空度可达10-5Pa, 过高的真空度会加速管道内部电缆、润滑脂的蒸发, 进而影响光学元件表面的洁净度, 因此我们需要研制相应的控制系统, 将真空度控制在一定范围内, 既要保证激光器系统的正常运行, 又能减小内部各类材料的蒸发量。

2 方案设计

为了实现高真空度的可控, 最简单的办法就是降低高真空泵对真空腔体的抽速, 可以采用以下两种方案:

(1) 在泵体与管道间增加一台开启量可控阀门, 通过控制阀门开启的大小来控制系统抽速;

(2) 不增加其他设备, 仅调节分子泵的转速来控制系统抽速。

比较后我们选用了第二种方案, 由于真空计和分子泵控制器均自带RS485通讯端口, 利用真空计监测管道内真空度, 由工控机实时读取真空值, 当读数超过设定值时, 工控机控制分子泵控制器调节转速, 由此形成闭环控制系统, 见 (图2) 。

3 控制流程设计

(图3) 首先需要为控制系统设定3个参数:稳定运行所需的真空值、每次条件判断后调整的转速值和延迟时间, 需要注意的是, 由于分子泵达到10-3Pa后真空值下降非常缓慢, 对泵体调速后观察到真空值变化也需要一定时间, 所以t的设定需要经过多次测试才能满足使用要求, 减小真空值的波动。

4 实验

TV551系列分子泵最小的可调转速为1000rpm, 为了保证控制精度, 我们就取其最小值, 空间滤波器日常运行所需真空值设定为210-3Pa, 每次设定t值后观察24小时内真空值的变化量, 结果显示, 当延时设定在15min时, 系统真空值变化量最小 (表1) 。

5 结语

通过对分子泵机组控制系统的设计, 并经过测试不断改进参数值, 我们成功实现了对空间滤波器内部真空值的稳定控制, 误差波动范围在±10%以内, 满足了整个装置正常运行的要求。

摘要：在高功率激光器系统中, 使用空间滤波器是抑制光束高频成分的非线性增长、改善光束传输质量的有效措施之一。激光束在到达滤波器小孔位置时会发生空气击穿, 因此管道内必须达到一定的高真空, 通过对选用的分子泵机组内部控制电路的研究分析, 设计了一套控制方案, 很好地满足了空间滤波器特定的使用要求。

分子设计 第8篇

“DNA分子的结构”是高中新课程生物必修二第3章第2节的内容,它在教材中有着承前启后的作用。本节课与必修一的“核酸”“细胞增殖”等内容相联系,与此同时,它既对前一节“DNA是主要的遗 传物质”的内 容进行更进一步的 说明,使学生加 深了对遗 传物质的 理解,又为之后学习“DNA分子的复制”“基因表达”等 内容进行必要的铺垫,所以说本节课是高中生物教学的重要内容之一。

在新课标下,教材并没有直接阐述DNA分子的结构特点,而是以科学家研究DNA分子结构的历程为主线(其中主要是以沃森及克里克两位 科学家构 建DNA分子结构模型的故事为主线),逐步向学生提供科学家探索DNA分子结构的背景资料,让学生边分析DNA分子结构特点边逐步构建模型、修正模型。学生在建立模型的探索与发现中,体会模型构建方法及其在科学研究中的意义。

二、教学目标

1.知识目标:通过 DNA 分子双螺旋结构模型的构建历程概述 DNA 分子结构的主要特点。

2.技能目标:尝试构建DNA分子物理模型;体验科学家构建DNA分子双螺旋结构的过程,领悟模型构建方法。

3.情感态度与价值观目标:认同合作、锲 而不舍的精神及勇于承认错误的优良品质在科学研究中的重要性。

三、教学过程

1.创设情境,导入新课

展示“北京中关村高科技园区的DNA雕塑”图片,让学生回答:这是什么?为什么可 以作为高 科技的标志?举例说明DNA在生产生活中的应用。(如刑侦)它的这项功能又是以什么作为基础的呢?引出本节课的主题:DNA分子的结构。

2.展示模型构建历程的背景资料,让学生认识到模型方法的重要作用

简介20世纪30年代科学界进行DNA结构的探索背景,让学生初步认识沃森、克里克等科学家。给 出沃森在《双螺旋———发现DNA结构的故事》一书中的一段话:“鲍林发现的研究方法是什么?通过分析沃森、克里克在研究DNA结构时对模型方法的选择,发现α螺旋并不是仅仅靠研究X射线衍射图谱,其主要方法是探讨原子之间的相互关系。不用纸和笔,他的主要工具是一组分子模型。这些模型表面上看与学龄前儿童的玩具非常相似……用同样的方法解决DNA的问题!我们只要制作一组分子模型,开始摆弄起来就行了。”让学生探讨:鲍林带给沃森什么样的灵感?沃森等科学家在揭示DNA结构的过程中,采用的研 究方法是 什么?通过分析沃森在研究DNA结构时对模型方法的选择学引出模型建构法,同时让学生认识到模型方法在科学研究中的重要作用。

3.回顾旧知,构建 DNA 单体的模型

帮助学生回顾已有的DNA的相关知识,引导学生回答DNA的基本结构单位、每个结构单位由哪几部分构成。之后,向学生提供实验材料,小组合作完成“磷酸→脱氧核糖→碱基→脱氧核糖核苷酸”的模型构建。

实验材料:五边形脱氧核糖,圆形磷酸基团,四种颜色、大小不同的长 方形 (代表四种 碱基,略长的代 表嘌呤,短的代表嘧啶)。

学生构建DNA单体的模型,可以让其感受由简单到复杂、由点到线再到面的模型构建过程,为形成DNA双螺旋结构模型的立体结构打下基础。

4.利用科学史创设问题情境,逐步构建 DNA 双螺旋结构模型

从DNA双螺旋结构发现史中可以看出,每一个问题解决的背后,都隐藏着问题情境。教师要充分利用科学史中的一个个节点,创设问题情境,为模型的构建提供“支架”,引导学生逐步构建出DNA双螺旋结构模型。从威尔金斯和富兰克林提供DNA的X射线衍射图谱,到螺旋结构的确定,再到三股螺旋的DNA结构、初步双螺旋结构等,通过环环 相扣的问 题逐步地 引导构建 模型、完善模型。并用“关键问题”引导学生从DNA结构的表层进入DNA结构的实质,让其领悟模型方法的本质内涵。(如下表)

5.加深理解,构建 DNA 分子结构的概念模型

展示学生最终构建的DNA双螺旋模型,与沃森和克里克创建的DNA分子双螺旋结构模型及实物模型进行比较。同时引导学生思考以下问题:1.DNA分子由几条链构成?链的延伸方向如何?有怎样的立体结构?2.DNA的基本骨架由哪些物质组成?位于DNA链的什么部位?3.碱基位于DNA链的什么部位?碱基连接方式?碱基配对的规律?让学生参照模型独立思考,回答问题,总结DNA分子双螺旋结构的主要特点。

四、教学反思

本节课以构建和制作DNA分子双螺旋结构模型为核心,在科学史的资料分析过程中,用问题对学生进行引导,帮助其抓住构建DNA分子结构模型的要点,让学生“走上探究之路”———分步构建DNA分子双螺旋结构模型。每一步都以科学家的科学研究过程为指导,提出问题,逐步探究,让学生亲身体验,进行模型构建。教师作为教学的组织者和引导者,主要是创设情境,为学生搭建探究的台阶,让其在理论和实践的思维碰撞中获得知识,不断思考,主动参与 “DNA分子结构”的 学习过程。

摘要：以DNA分子结构模型的科学探究史为背景,通过创设连续的问题情境,让学生逐步构建DNA双螺旋结构物理模型,在建立物理模型的基础上进一步建立概念模型;让学生在不断发现问题和解决问题的过程中领悟模型方法的本质内涵,获得DNA分子结构的生物学概念。

分子设计 第9篇

课前使用了希沃多媒体交互白板工具Easi Note制作教学课件,将构建DNA分子模型所需的关键信息呈现在课件中。课中使用了Seewo Link软件移动展台,呈现学生所遇到的问题,并用批注、放大镜、拖拽等功能进行实时探讨,实现移动授课,突破了DNA分子模型建构的重点。最后,运用Easi Note软件中的“思维轴”功能将学生的学习成果串联呈现,巩固理解,培养学生使用“模型法”进行科学研究的意识。

●教材分析

本课内容包括DNA的分子组成、DNA双螺旋结构模型的要点、制作DNA双螺旋结构模型三部分,其内容阐述了基因的本质,属于“遗传的分子基础”部分的核心内容。

●学情分析

为了分析学生的知识基础、初始能力和学习态度,我们选取3个平行班的优、中、学困生各5人(共45人),在课前借助QQ聊天工具进行师生交流,他们有许多来自身心发育、生活体验和社会感受的生物学问题急需解决。因此,学生的学习动机是积极的,学习兴趣是浓厚的。

●教学目标

知识与技能目标:说出DNA分子的结构层次,阐明DNA双螺旋结构模型的基本要点,对DNA分子结构的稳定性、种类的多样性和物种的特异性做出科学解释。

过程与方法目标:利用提供的材料和信息,参与制作DNA分子双螺旋结构模型,习得模型建构的基本方法;利用模型的形象化和直观性,加深对DNA双螺旋结构模型基本要点的理解和认识。

情感态度与价值观目标:体验“模型法”在生物学研究中的作用;认同科学的发展离不开科学家们的坚持不懈的努力,感悟科学研究中蕴含的科学思想和科学态度;领悟DNA分子双螺旋结构模型的重要价值。

●教学过程

1.新闻信息,设疑导入

在教学的起始,教师向学生介绍上海公安部门在国内创立的第一个“法庭科学DNA数据库”,仅在2013年就利用该数据库侦破各类案件1500多起,其准确率为100%。那么,DNA刑侦鉴定为什么如此神奇呢?这个问题的谜底在于DNA分子的结构与功能。由此导入“DAN的分子结构和特点”的教学。

2.史料交流,初识DNA

课前布置小组作业,搜集有关DNA分子结构研究的资料,将其发现过程中的重要人物和事件制成PPT课件,用于课堂上小组交流。请学生代表用讲故事的形式,介绍鲍林、威尔金斯、富兰克林、沃森和克里克等科学家在DNA研究历程上做出的重要贡献。

3.制作模型,解析结构

(1)探索DNA化学组分

借助投影呈现科赛尔的研究结果图,引导学生识图说出DNA的组成元素、基本组成物质和基本结构单位。由于学生曾经在“细胞的分子组成”一章中初步学习了核酸的结构与功能,所以不难回忆起上述知识。但是,他们难以阐明磷酸、脱氧核糖和含氮碱基是怎样构成单体(单核苷酸)的,因而在制作DNA分子结构模型时,学生对三种基本组成物质之间的连接关系感到茫然。

为了化解上述难点,教师先用电子白板呈现脱氧核苷酸分子式,利用电子白板课件标注其五个碳原子的位置并编号。然后,结合图1依次阐明磷酸基团与脱氧核糖之间,以及脱氧核糖与含氮碱基的连接位置。最后,让学生依据含氮碱基的种类与名称的不同,分别表述4种脱氧核苷酸的名称,从而为制作DNA双螺旋结构模型打下必要的知识基础。

(2)初识DNA双螺旋结构模型

在实施过程中,将学生的操作活动依次分为点、线、面、体四个基本步骤。

第一步,每组的2名学生参照脱氧核苷酸的结构式,利用实验台上的三种不同形状的纸片各15张(如图2),将构建的4种脱氧核苷酸粘贴在一张白纸上,用铅笔画出化学键,并写出中文名称。学生活动时,教师巡视并展示学生活动的进度及成品。与此同时,针对发现的问题及时向学生提出质疑。最后,借助投影展示同学们制作的4种脱氧核苷酸模型。

第二步,由点连线,引导学生构建脱氧核苷酸单链。教学时,先向学生介绍富兰克林的研究成果,然后,启发学生根据上述资料提供的信息,参照大屏上显示的两个相邻的脱氧核苷酸排列状况,在相应位置上用短线连接,进而向学生阐明磷酸二酯键的概念内涵。最后,督促小组成员合作构建由6个脱氧核苷酸聚合而成的核苷酸单链,并粘贴在一张白纸上。

第三步,由线到面,引导学生构建DNA双链的平面模型。学生活动的顺序是让前后座位的两组合拼为一组,将他们粘贴的两条多核苷酸单链,并列摆放在同一张白纸上,两条DNA单链呈平行状。教师巡视中发现学生摆放的两条单链有三种平行方式(如图3),究竟哪种平行排列方式符合客观事实呢?请学生识别课本中呈示的DNA分子的平面结构图,初次识图引导学生明确3个问题:1确认DNA双链平行排列的方式,2判断两条链呈反向平行关系,3明确由磷酸-脱氧核糖交互排列而成的主链排列在外侧,含氮碱基则位于内侧。这样既为进一步探索DNA双螺旋结构做好铺垫,也为学生继续制作DNA分子结构模型扫清障碍。

学生在继续制作模型的过程中会提出疑问,两条DNA长链上的脱氧核糖与磷酸和排列在内侧的含氮碱基之间存在着怎样的关系?这涉及到碱基对的构成方式。因此,教师先向学生介绍著名生物化学家查戈夫研究DNA化学组分获得的实验数据,以及多纳休研究含氮碱基之间通过氢键连接的方式。

学生一旦明确DNA分子结构中4种含氮碱基的数量关系为A=T,C=G及AT之间通过2个氢键相连,CG之间通过3个氢键相连,他们就能够迅速地写出两条主链上对应碱基的符号,并画出对应碱基之间的氢键数目,从而完成碱基互补配对的建模步骤。

第四步,由面到体,引导学生归纳DNA双螺旋结构模型的要点。为了进一步探索DNA双螺旋结构的特点,教师组织学生阅读课文,边识图边思考如何解释“规则地盘绕成双螺旋结构”的命题。最后,师生共同以表格形式概括DNA双螺旋结构(物理)模型的基本要点。

4.模型分析,理解特性

结构是功能的基础,功能是结构的运动形式。学生初识DNA分子结构以后,应鼓励他们运用DNA双螺旋结构模型的要点,对其稳定性、多样性和特异性做出尝试性解释。

教学时,教师首先引导学生先从主链构成方式、排列位置及其动态特征入手,理解DNA主链的牢固性对其结构稳定具有重要作用。然后,利用学生已有的化学知识,说明碱基对之间的大量氢键维系着DNA空间构象,碱基对平面之间的范德华力对空间构象具有加固作用。接着,帮助学生理解蛋白质分子的多样性和特异性,并引导学生以蛋白质为参照,用概念同化的方式尝试解释DNA的多样性和特异性。最后,用典型例证帮助学生加深理解DNA多样性和特异性的原因。

●教学反思

1.学情分析是活力课堂的根本

提高课堂教学的效益和质量是教育追求的永恒主题,而只有真切地了解学情,“以学定教”才能够保证这不是一句空话。本节课采用访谈的方法展开学情调查,准确地了解了学生现有的知识水平、兴趣点和疑问点。教师从学生感兴趣的DNA鉴定出发引入课题,使其对整节课充满期待。另外,针对学生学习动力和兴趣不高的学习内容,采取小组活动的形式,自主构建DNA的模型。学生动手动脑,不仅避免了瞌睡、走神的现象,而且提高了学习兴趣,活力课堂不再是神话。

2.“模型构建”为活力课堂增光

模型构建是自然科学常用的一种研究方法。本节课的教学设计遵循学生认识事物的一般规律,教师引导学生从“基本单位—单链结构—平面结构—空间结构”进行建构,培养他们在尊重事实、遵循逻辑的基础上进行科学探究,进而不断地激发了学生的学习兴趣,引导他们积极主动地完成了预期的学习目标。

设想总是好的,实施中却有各种问题出现,而正是有了这些问题,教师和学生解决问题的思想认识才会上一个台阶。

问题1:含氮碱基均为蓝色纸片,怎么能构建4种脱氧核苷酸?(学生经过思考立刻知道可以自己标上相应字母来代替)

问题2:某学习小组的半成品出现的问题是将磷酸基团与脱氧核糖上的氧原子连接,这是教师没有料想到的。(通过移动展台展示后,立刻有学生指出问题,并修改。虽然这个问题看似低级,可正是由于这种错误的经历,学生才会有更深刻的理解)

问题3:前后两组学生合作构建双链DNA平面模型时出现了三种不同的结果,有学生悄悄询问教师,哪种是正解的?(教师没有直接回答,只是呈现科学研究的材料,并引导学生分析得出正确的结论。这里没有生硬的灌输,只是静静地呈现资料让他们的脑袋发动起来去探寻正确的结论)

整个课堂真的是令人意外,教师课前甚至担心学生会摆不出所需要的正确模型,可意外的是所设想的三种摆模型的情况均出现,更有了思维碰撞。并且一改传统课堂中的瞌睡、走神、无趣的情形,学生们用心在做、在体验、在经历,在展示自己的成果。因此,要焕发课堂的生命力需要教师去转变,课堂中巧妙地设计思想的碰撞才能让学生变得有活力。

3.信息技术为活力课堂添彩

课前运用希沃多媒体交互白板工具Easi Note制作教学课件,将构建DNA分子模型所需的关键信息呈现在课件中,不仅使冰冷的科学史资料焕发出新的活力,而且呈现了科学研究过程中物理、化学、数学研究的重大突破。这使学生深刻地感受到了科学探索的艰辛,体会到了科学家严谨的科学态度和持之以恒的科学精神。

课上,教师运用Seewo Link软件的移动展台实时展示了学生的研究成果,并在不打扰他们研究学习的同时呈现其所遇到的问题,如磷酸基团与脱氧核糖的位置、脱氧核苷酸之间的连接、脱氧核苷酸链之间连接的方式等。同时,教师使用批注、放大镜、拖拽等功能引发实时探讨,在互动中解决教学难点,突破DNA分子的模型建构的重点。最后,教师使用Easi Note软件中的小工具“思维轴”将学生学习活动过程中的研究成果串联呈现,梳理研究过程,强化理解模型建构法,从而培养学生积极使用科学研究方法的意识。

点评

本节课,何老师很好地把握了多媒体交互白板与学生实验间的界线与平衡,并通过学生制作DNA分子的双螺旋结构的课堂实验,使学生习得了模型建构的基本思维方法,加深了对DNA双螺旋结构的基本要点的理解与认识。同时,做到了学生动手实践的教学内容尽量少用多媒体来辅助,也避免了教师在日常使用课件中出现的泛滥化现象。由于DNA双螺旋结构具有微观性与立体性特点,通过日常的观察方法很难做到直观与形象,而本节课选择了希沃多媒体交互白板中的Easi Note工具来进行辅助教学,成功地突破了教学难点。

在学生进行DNA模型建构时,何老师设计了从“脱氧核苷酸分子”到“脱氧核苷酸单链”,从“DNA双链的平面模型”到“DNA双螺旋结构模型”,这种“从单点到点线,从平面到立体”的教学设计思路,从课堂教学的效果来看,不但降低了学生学习DNA的认知起点,有利于绝大多数学生能顺利达到学习目标,而且这种阶梯式的学习任务的设计,也有利于一部分学有余力的学生发挥超越自我的欲望。

高分子实验中的探究教学设计 第10篇

关键词：高分子实验,探究教学,教学设计

高分子材料与工程专业是一个典型的工科专业,其专业特点决定了实验在其整个教学结构中的重要性。现行的高分子专业的实验多为验证性实验,即学生只是按照实验指导书中设计好的实验方案和实验教师讲解的具体操作步骤去重现一个本已知道的结论。这样的实验在培养学生实际操作能力方面尚有一定的作用,但却不利于学生主体性、能动性和创造性的发挥,甚至会削弱学生对实验的兴趣。

探究教学是引导学生利用探究的方法进行学习的一种教学方式。这种教学方式强调学生自己发现知识、解决问题,注重培养学生的主体性、创造性和解决问题的能力,因此这种教学方式具有很强的开放性特征,对它的把握需要相当高的教学能力和教学艺术水平,也需要教师对其进行精心的设计和安排[1]。教学过程中每一个环节的优化都要从教学设计的优化开始,高分子实验教学若想得到理想的教学效果,充分发挥出培养学生综合实践能力的重要作用,就必须将高分子专业的学科特点与探究教学相结合,在实验教学的设计中引入探究性的元素。

1 教学设计的含义

关于教学设计的界定,由于研究者对研究对象关注的角度和取向不同,曾产生过多种说法,现归纳如下[2]:

(1)“措施”说。

教学设计是实现教学最优化的一种重要措施,教学设计就是用系统的 观点和方法,按教学目标和教学对象的特点,仔细安排和组织各种学习资源,使之程序化。

(2)“方法”说。

把教学设计看作一种研究教学系统、教学过程和制定教学计划的系统方法。而这种方法与过去的教学计划不同,其区别就在于现在说的教学设计有明确的教学目标,着眼于激发、促进、辅助学生的学习,并以帮助每个学生的学习为目的。

(3)“操作程序”说。

教学设计就是运用系统方法和步骤,并对教学结果做出评价的一种计划过程和操作程序。

(4)“方案”说。

教学设计是运用系统方法分析教学问题和确定教学目标,建立解决方案,评价试行结果和对方案进行修改的过程。

(5)“计划”说。

把教学设计界定为用系统的方法分析教学问题,研究解决问题途径,评价教学结果的计划过程或系统规则。

(6)“技术”说。

教学设计是一种旨在促进教学活动程序化,精确化和合理化的现代教学技术。

尽管诸位学者对教学设计概念的界定不尽相同,但归纳起来,他们的核心思想却是一致的,即教学设计的目的是实现教学目标,起点是分析教学对象和组织教学内容,关键是精选教学策略(包括选择教学方法和教学媒体)和构思教学过程,终点是确定评价方式,最终形成一个相对完整的教学方案。

2 教学设计的基本环节

关于教学设计的基本环节,各专家学者的观点有所不同。美国教育学家哥莱斯(R. Glasser)认为,所有的教学活动都包括四个部分,即教学目标、起点行为、教学活动和教学评价[3]。刘知新先生认为教学设计的基本环节主要有设计准备、设计教学目标、设计教学策略和方法、设计教学过程、设计教学媒体、设计整合、应用和反馈环节、设计总成与编制方案[4]。郑长龙教授则认为教学设计的环节大体上包括准备阶段(包括教学任务分析、教学对象分析、教学内容分析和教师自身分析)、构思阶段(包括教学目标设计、教学内容设计、教学过程设计、教学媒体设计和教学测评设计)和评价阶段[5]。归纳各种观点,教学设计的基本环节主要包括:

2.1 分析教学对象

分析教学对象是教学设计的首要步骤,教师在进行教学设计之前对学生现有的知识基础、学习兴趣、智力和能力发展水平、生理和心理发展特点等进行客观、系统地分析,可以为教学目标的制定、教学内容的组织、教学活动的确定和教学媒体的选择等环节提供有效的依据。

2.2 制定教学目标

教学目标的制定在教学设计中处于核心地位,教学设计系统中其他环节的设计都要围绕教学目标来展开。教学目标的制定要在详细分析教学对象的基础上进行,力求使所制定的教学目标处于学生的最近发展区内,具有可行性、全面性、层次性和多样性等特点。

2.3 组织教学内容

组织教学内容这一环节的主要工作就是:分析教学内容的知识类型,为确定教学活动和选择教学媒体打基础;明确教学内容的重点、难点和关键点,构建清晰的知识网络;为更有效地实现教学目标,创造性地对教学内容的顺序和结构进行重组。

2.4 确定教学活动

教学活动是呈现教学内容的载体,是实现教学目标的途径。教学活动的确定受多种因素的影响,教学目标的需要、教学内容的类型、学生的兴趣特点、学校的资源条件、教师自身的能力水平和教学风格都是确定教学活动时所必须考虑的因素。

2.5 选择教学媒体

教学媒体是传递教学信息的手段和工具,选择教学媒体已成为教学设计不可或缺的一个重要环节。教学媒体的选择要根据教学活动的具体特征而定,不能随意、盲目。要善于协调利用各种教学媒体,促进传统教学媒体与现代教学媒体的优势互补,使教学媒体能够真正有效地为教学服务。

2.6 构思教学过程

在这一环节中,教师的主要工作是把以上五个相对独立的设计环节串成一个整体,并将整个过程在头脑中预演;然后根据实际情况分配教学时间,并对教学过程中可能出现的事件、状况有所估计。

2.7 准备评价方案

这是教学设计的最后一个环节,用于检测其他六个环节的实施效果。一个合理的评价方案要涉及多个评价角度,要具体、可行,要能反馈出大量详实且有价值的信息,从而为教学设计的改进提供相应的依据。

3 高分子实验中如何进行探究教学设计

探究教学设计除了具有一般教学设计的特点外,基于探究教学的特殊性,它还具有课题性、开放性与自主性、预见性和程序性等特点。高分子实验中的探究教学设计应围绕这些特点来展开。

3.1 课题性

探究教学实际上就是科学探究在教学中的一种应用,它要求学生的学习过程要模拟科研工作者的研究过程。科研人员的研究都是围绕一个大的课题和其分解出的具体小问题来展开的,所以,探究教学设计应具有课题性。在高分子实验教学中,实验教师可根据实际情况酌情将某些实验设计成学习任务,在此基础上根据实验的预设操作方案再将其分解为若干子学习任务,然后让学生围绕这些具体的学习任务来开展实验。当学生将实验问题当作一个具体的课题来做的时候,实验过程就不再仅仅是机械的操作与验证,而是一种对未知问题的探究。探究的过程中学生不但要学会独立思考,而且要学会小组合作,在探究的各个环节中都要充分发挥自己的能力,这对培养学生的综合素养具有十分重要的意义。

3.2 开放性与自主性

开放性与自主性是探究教学设计有别于一般教学设计的最显著的特性。探究教学的主旨在于学生在学习过程中要自己发现问题、提出问题、分析问题、并通过自己的努力最终解决问题,所以教师在进行教学设计时要避免设计过多的教学事件来干预学生的探究过程[1]。在高分子实验的初始阶段,实验教师只要将实验题目布置给学生,让学生明确实验目标和大体的实验方向,然后做好实验安全教育就可以了,剩下的事情尽量让学生自己来完成。在实验过程中,教师可以根据实际情况给予学生适当的指导,但是这种参与要适时适度,尽可能给学生创造一个轻松、自由、充分的发挥和创造空间。

3.3 预见性

由于探究教学的开放性较强,所以教学过程中不可避免的会出现一些“意外状况”。若想尽可能得当地处理这些“意外状况”,教师在教学设计时就必须对整个教学过程具有一定的预见性。实验教学与一般教学不同,它的教学目的和教学方式决定了其教学过程中更易于出现一些预料之外的突发状况。尤其是以探究为核心设计的实验教学,其“意外”出现的频率就会更加的高。实验教师若想游刃有余地处理这些“意外”,变不可控为可控,就必须提升自身的专业素质,做到不仅实验知识过硬,而且对学生也要有充分的了解。只有这样,才能对实验过程中学生可能提出的问题、遇到的困难、出现的错误、产生的矛盾冲突等状况有所估计。

3.4 程序性

探究教学具有很强的程序化的特色,因此,整个教学设计必须非常严密,具有内在逻辑性。这就要求各个教学要素的设计必须依据一定的程序,一丝不苟地进行,尽量把各个要素客观化,不能仅凭主观臆断进行设计[1]。高分子实验教学的设计必须遵循这一原则,因为以探究为核心来设计高分子实验其目的是为了培养学生的科研能力和综合素质,而这些能力和素质是在学生进行探究实验的每一个环节中得到展现和培养的。因此,整个实验设计要尽量严密、完整,力求在一个探究实验设计中能涉及到探究教学的所有关键环节,因为每一个环节培养学生的能力是不同的,环节越完整,对学生综合能力的培养起到的作用就越大。

参考文献

[1]于泽元.略论探究教学设计的取向、途径、特点和原则[J].基础教育研究,2001(10):23-24.

[2]陈旭远,张捷.新课程实用课堂教学艺术[M].长春:东北师范大学出版社,2004:12-13.

[3]化学课程标准研制组.全日制义务教育化学课程标注(实验稿)解读[M].武汉:湖北教育出版社,2002:102-103.

[4]刘知新.化学教学论(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2004:87-90.

知识分子?知识分子! 第11篇

最近一次感到阅读的痛苦是在读那本《知识分子》的时候。这书的内容介绍起来倒很简单，就是记录了很多名震天下的大知识分子在生活方面如何堕落、冷漠、性乱、狡猾，以及对于家庭的不负责任。好玩的地方在于，这些大知识分子们基本上都是以正直、博爱、坦率等美德出名的，至少他们的作品里宣扬的是这些美德。

之所以这种阅读会产生痛苦，是因为就我这等虽然经常把“你才是知识分子，你们全家都是知识分子”挂嘴边上的人，其实在内心深处，对于这顶荆冠还是有些向往的。痛苦也就产生在这里：原来知识分子其实是个很不堪的群落，至少其中这些顶尖的人物很不堪。那么，本来的荆冠变成了草帽，这个痛苦就跟自己的初恋情人嫁了个地痞一样。

合上书以后，从那些龌龊事里回过神来总结了一下。大致来说，这些大知識分子除了乱交等罪过外，基本都有不诚实、对待家人不好等毛病。不诚实倒很可以理解，在这本冠名《知识分子》的书里，大部分人都是作家或者剧作家，就是号称思想家的卢梭、萨特，其实也写过大量的文学作品。编织作品本身就需要虚构的能力，要是某作家能完整清晰地分辨生活与创作之间的界限，倒是件很怪的事。这方面说他们不诚实其实没什么意义。

事实上更让我觉得痛苦的是，这些人都是以道德上的制高点而传世，但私下里的生活不但与制高点不搭界，甚至直接就是生活在道德平面以下。不论是卢梭、还是雪莱，甚至是托尔斯泰，其实在宣扬他们对于人类的爱的同时，对待具体的人都异常地冷酷无情，尤其是对待自己的家人与孩子。

前期的托尔斯泰等人，基本都是接受了西方的教士传统，把自己当做了“上帝”的代言人，或者就是“上帝”本人。这里的上帝未必是基督教的上帝，反正就是万物主宰的意思。在广义的条件下，他们需要表达对于人类本身的热爱，但具体到个人身上，他们的热爱就变成了对于金钱的贪婪与对女人的羞辱。把自己当成天的人，一般都会从这个角度来考虑问题。人是可以忽略或者折磨的，但“人类”是可爱的。更确切地说，他们热爱人类是在热爱一个概念、一个使自己有超越感的名词解释。

知识分子一旦染上了指点江山的毛病，还真是挺可怕的。尤其是影响越大的知识分子，越认为自己超脱于世俗的观念，按照中国古人的话来说，那就是“礼岂为我辈所设乎”？在他们看来，可能说出来并且摆出来个面向大众的POSE也就算完了，在世俗的领域里，他们才是规则的设定者。坚持自己与情人都过一种开放式生活的萨特就是这么做的，他如何混乱是可以的，但真都开放的时候，激进就不见了，甚至你可以说他是个吃醋的小男人。

这种知识分子给自己加冕的特权，可能来自长期以来对于知识的垄断与占有。在他们看来，知识可能是一种资格证明，证明其超越其他人类的本质所在。这个想法是我写这个东西写不下去的时候，与一个知识分子朋友在QQ上聊天时想到的。当他正好说到要批判某人，我表示没啥可说时，他随口说：“我写出来你就知道了，这种思潮动向，我不说你根本摸不到门。”他是个很睿智的人，但这种指导别人前进的动力，与其他知识分子并无二致。

这里我没有意思表示一种反智主义的倾向，正如我把上面那段话说给这位朋友时他说“这是分工”一样，社会需要知识分子这个角色承担他必须的职责，但这种职责是分工，而不是自我加冕的超越权力，这种形式的超越，可能是一种在知识领域里的僭主心态吧。一旦有了这种心态，所有的事情也就好解释了。上帝是可以任意行奇迹的，他是无规则的制定者。甚至不仅是上帝，教皇无错也是符合教义的。

这是我读这书的一点体会。其实还有另外一种体会，但我不太敢说：作者不知道为什么，举的例子基本都是左翼人士。难道是左翼人士在这方面特别不堪，还是他只是在挑选的时候出现了巧合？这个就是我没读明白的地方了。

分子设计 第12篇

关键词：项目化教学,项目设计,课程开发,认知规律

基于职业行动领域的课程项目化和工作过程系统化, 打破了传统意义上职业教育课程模式体系, 是对国内已研究的集群式模块的进一步拓展。国内对项目式教学法、项目课程、理论实践一体化教学模式的做了大量的研究[1]。《高分子材料分析测试》作为高分子材料加工技术专业的核心课程, 在教学过程中要实现“以职业岗位能力为核心作为培养目标, 依据职业岗位所应具备的知识与能力来设置课程, 培养出具备专业知识、娴熟的动手能力和一技之长应用性技能型人才”这一培养目标, 就有必要进一步改革《高分子材料分析测试》课程体系和教学内容, 开展《高分子材料分析测试》课程项目化教学设计研究, 在高分子材料加工技术专业试点班以培养学生职业能力为目标, 融“教、学、做”为一体, 突出学生为主体的教学活动研究, 具有极强的现实意义。以下针对《高分子材料分析测试》项目化教学过程中突出的项目设计作分析与探讨。

1 项目设计的意义

《高分子材料分析测试》项目化课程开发过程中发现, 确立实用、优秀的项目一直是项目设计研究难点和重点。教学项目是项目化教学实施的依托、课程知识的载体、学生工作的任务对象、思维拓展的空间, 必须强调学生的学习活动与多个任务或问题相结合, 以探索问题来引发和维持学生的学习兴趣和动机。将教学内容设计成具体分析测试技能的训练项目与任务, 根据项目组织实施教学与考核, 使培养学生分析测试应用能力和核心能力的目标得以实现。因此, 项目的确立不是一件轻松随便的事。

2 教师课程开发的能力

专业教师是课程开发主力军。笔者在上海锦湖日丽生产实习发现, 在生产过程中各岗位的工作特点不同, 对岗位人员的学历、技能、工作经验需求有显著的差别。在这里员工一线生产技能和实践是完全一体化的, 实践经验和技能是定岗的前提条件。基于生产一线的现实情况, 课程开发的教师必须有丰富的工作经验、扎实的理论基础、熟练地操作技能。课程开发过程本身难度大, 如果教师在企业 (行业) 工作阅历和经验不足, 就无法从企业生产岗位、学生本体、教学要求三方进行综合研究, 使开发出来的课程在实际操作中也无法真正实施到位。因此, 教师就必须克服自身存在的局限性。通过参观企业生产线, 学习公司生产工艺流程、生产设备、产品质量过程检测等;了解生产线岗位设置、人员配置、生产调度管理以及现代化的管理制度和理念;到生产一线实习等方式, 不断提高自身的专业素质。对老师而言, 是了解企业生产实践的机会和学习进步的机会, 为教学和教学改革提供素材。

3 项目设计的方法

3.1 紧扣基础知识

《高分子材料分析测试》课程属于专业核心课程, 这门课程的特点:宽学科、跨专业、理论性深、实践性强, 突出体现在《高分子物理》的理论知识对该课程支撑。在课程设计上引入《高分子物理》课程内容, 增加学生对抽象的物理知识的理解与运用, 提高对本课程的内容的理解与掌握。《高分子物理》课程主要讲授高分子的链结构、聚集态、分子量、溶液特性、热力学特性等。因此, 《高分子材料分析测试》课程内容的选取5大模块 (高分子的鉴别、高分子的结构分析、高分子的热性能分析、高分子的流动性能测定、高分子的力学性能测试) , 整个课程的能力训练将围绕着这些模块所对应的项目展开。

3.2 遵循学生的认知规律

认知过程是个体认识世界, 获取并运用知识的过程, 包括感觉、知觉、记忆、思维和想象等[2]。《高分子材料分析测试》课程项目设计时结合大学生的认知规律, 遵循从由简到难、由基础到专业、由技术到技能, 循序渐进, 逐步展开。基于上述5大模块, 设计了10个项目 (表1) , 包含了全部的教学内容的同时, 尽可能自然、有机地结合多项知识点。“PVC原料显色分析”比较简单, “PP结晶过程观测”就比较难, 理论性强, 涉及面就比较广, 体现出结构认识由简到难, 由浅而深入。“PP维卡软化点的测试”就进入性能检测, 引入标准的方法。全部10个项目的设计有一定的难度, 给予学生很大的思考空间和拓展空间, 不是纯粹动作技能方而的项目。通过这些项目的训练, 达到使学生能够查阅并参考国家标准、行业标准、企业标准或者国际标准, 操作常规分析仪器准确地测试高分子材料性能;在项目训练过程中学习高分子材料性能测试的基本原理和方法, 能够对分析测试数据做出科学的分析与判断。

3.3 适应典型的岗位需求

学生的学习是一个认知过程, 是在教师有目的、有计划、有组织的指导下进行的。高分子材料生产线的岗位设置与生产流程相匹配, 对原料和成品的检验检测是整个生产线关键, 全部工作由检验员完成, 承担极大的责任和压力。对于10个项目的选取, 就是基于岗位上对原料性能检验 (包括鉴别、物性分析) 、对制品的检测 (包括流动性、热性能、力学性检测) 的需求, 也是过程控制的关键点。这些项目的设计, 除了要让学生了解有关的基础知识及掌握基本的技能外, 还有目的的让他们知道所学知识在实际生活和生产中的广泛应用, 这样提高他们的实验兴趣, 让他们学以致用, 多个项目需要同学共同完成, 体现团队合作与相互学习的精神。因为现代企业经营中要求员工在学习职业相关技能知识的同时, 也要学习职业外的技能知识。

3.4 配套现有设备

生产过程质量检测主要仪器有:微机控制万能电子试验机、锤式冲击实验机、MFR测试仪、维卡软化点测试仪、偏光显微镜等仪器设备, 与我系的实验室的仪器相差不大。硬件设备符合学生专业特点和岗位实际应用来, 从而保证10个项目能够顺利实施。这样学生学有所需, 培养高技能目标明确, 设备利用率高, 形成“高投入高产出”的规模效益。

4 结论

项目化教学过程中, 项目设计必须结合学生认知、教师素质、岗位需求、配套设施等多因素考虑, 同时内容上, 必须摆脱传统的思维模式, 围绕职业能力的实现, 将学科性课程中有关的理论知识按照一定的规律分配渗透到各项目中去。学生在学习一个项目点时, 知识点逐步扩散, 形成以点带面, 多点结合, 逐步掌握本学科的教学内容。

参考文献

[1]屈孝初, 彭齐林.以市场为导向的高职课程项目化改革当议[J].教育探索, 2010 (9) :29-30.