精细化学论文范文
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第1篇
论文摘要介绍扫描探针显微镜教学演示软件。该软件将CAI技术和SPM技术结合在一起，主要运用文字说明，静态图像，三维动画，模拟仿真等方法，对SPM的初学者进行SPM的原理介绍和使用培训，可以大大缩短他们的学习时间，并能使其在较短的时间内对SPM有一个较为深入和全面的了解。
夜上海论坛 ApplicationofScanningProbeMicroscopeinMachineryTeaching//YueRui,ZhuWengsheng
AbstractThissoftwarecombinesCAItechnologywithSPMtechnologyandmainlusesmethodsoftextexplanation,three-dimensionanimationaswellasmathematicalsimulationtotrainthebeginnersofSPM.Afterusingthesoftware,thebeginnerscanquicklygetdeepandwholeknowledgeofSPM.
夜上海论坛 KeywordsscanningtunnellingmicroscopeofNANOVISUAtape（STM）;Pictureprocessing:ScanningProbeMicroscope（SPM）;AtomicForceMicroscope;teachingeffictiveness
夜上海论坛 Author’saddress
1.GraduateSchool,NanjingAgricultureUniversity，210095,Nanjing,China
夜上海论坛 2.LianshuiVocationEducationCentre,223400,Lianshui,Jiangsu,China
1引言
1982年，IBM瑞士苏黎士实验室的葛·宾尼（G．Binning）和海·罗雷尔（H．Rohrer）研制出世界上第一台扫描隧道显微镜（ScanningTunnellingMicroscope，简称STM）．STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的[1]排列状态和与表面电子行为有关的物化性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一。为表彰STM的发明者们所作出的杰出贡献，1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖金.NanoVisual，教学型扫描隧道显微镜可在机械教学中发挥良好作用。
2教学型NANOVISUAL扫描隧道显微镜
NanoVisual是针对高等院校实验课程和中学素质教育而设计的教学型扫描隧道显微镜。为了适应教学要求，NanoVisual去繁就简，扫描部件高度集成，操作流程简练便捷，具备工作原理清晰、稳定性优越等特点。在线控制软件和后处理软件用户界面友好，辅以生动的教学课件，引导学生轻松掌握扫描隧道显微镜的原理和基本操作方法。[2]NanoVisual扫描隧道显微镜具有一定的可扩充性，可以根据需要增加某些功能部件，从而具备一定科研能力。
3主要性能
扫描图像BMP/TIFF全兼容文件格式，当前全部工作环境参数同步保存。基于WindowsXP/2000/9X的在线控制软件和后处理分析软件，简约化的扫描隧道显微镜探头，初学者只需经简单的培训即可掌握操作方法，具有I-V曲线等测量分析功能，具有图形刻蚀模式和矢量扫描模式的纳米加工技术，样品尺寸直径30mm、厚度10mm。主控制系统采用德州仪器(TI)32位数字信号处理器(DSP),每秒可实现高达10亿次32位运算。主控制系统采用10M/100M快速以太网(FastEthernet10/100)与计算机连接。[3]全数字控制,系统状态、仪器类型、扫描器和探针架参数智能识别和控制。具针尖表征及图像重建功能(针尖形貌估计/图像重建/用已知针尖重建图像)。按功能模块划分的纵向插卡式结构，便于日后系统维护和升级。
3.1.技术指标
1）软件系统：基于WindowsXP/2000/9X的在线控制软件和后处理软件。
2）系统功能：扫描隧道显微镜（STM）。纳米加工和操纵，包括图形刻蚀模式和矢量扫描模式。
3）参数性能：电流检测灵敏度：≤10pA。图像分辨率：128X128,256X256,512X512,1024X1024。扫描角度：0～360°。扫描频率：0.1～100Hz。预置隧道电流：0.1～10nA。偏置电压：-2～+2V。
夜上海论坛 4）电子控制系统：8通道16-bitDAC，建立时间1.5微秒。通信接口：10M/100M快速以太网（FastEthernet10/100）接口。
夜上海论坛 5）机械性能：样品尺寸：最大可达直径30mm，厚度10mm。全自动步进电机控制进样系统。
夜上海论坛 4扫描隧道显微镜（STM）[1，2]原理分析
扫描隧道显微镜（STM）的基本原理是利用量子理论中的隧道效应。将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近时（通常小于1nm），在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。这种现象即是隧道效应。隧道电流I是电子波函数重叠的量度，与针尖和样品之间距离S和平均功函数Φ有关.[4]。
隧道电流强度对针尖与样品表面之间距非常敏感，如果距离S减小0.1nm，隧道电流I将增加一个数量级，因此，利用电子反馈线路控制隧道电流的恒定，并用压电陶瓷材料控制针尖在样品表面的扫描，则探针在垂直于样品方向上高低的变化就反映出了样品表面的起伏。
夜上海论坛 将针尖在样品表面扫描时运动的轨迹直接在荧光屏或记录纸上显示出来，就得到了样品表面态密度的分布或原子排列的图象[5]。这种扫描方式可用于观察表面形貌起伏较大的样品，且可通过加在z向驱动器上的电压值推算表面起伏高度的数值，这是一种常用的扫描模式。对于起伏不大的样品表面，可以控制针尖高度守恒扫描，通过记录隧道电流的变化亦可得到表面态度的分布。这种扫描方式的特点是扫描速度快，能够减少噪音和热漂移对信号的影响，但一般不能用于观察表面起伏大于1nm的样品[6]。
夜上海论坛 是利用SPM进行纳米加工的客观依据。同时也说明，SPM不是简单用来成像的显微镜，而是可以用于在原子、分子尺度进行加工和操作的工具。
5教学课程安排
1）第一周：原理简介与上机模拟。课后着手资料定向查询并准备实验报告。
2）第二周：演示与学生实验。先用铁丝作探针练习，熟练后再用铂铱合金丝制作针。指定样品（光栅）的测量。
3）第三周：改变电压及扫描角度重新扫描，进行图像处理。课后资料定向查询并完成实验报告。报告内容:心得、体会及建议，STM在某个领域的应用或STM仪器的某部件的原理。
4）第四周：宣讲实验报告，每人15分钟（包括5分钟提问）。
6图像处理
1）平滑处理：将像素与周边像素做加权平均。
夜上海论坛 2）斜面校正：选择斜面的一个顶点，以该顶点为基点，现行增加该图像的所有像数值，可多次操作。
3）中值滤波：傅立叶变换。对图像的周期性很敏感，在做原子图像扫描时很有用.
7结束语
在线控制软件和后处理软件用户界面友好，辅以生动的教学课件，引导学生轻松掌握扫描隧道显微镜的原理和基本操作方法.作为一种CAI软件，本软件界面好，操作简便。采用文字、图形、三维动画等方式将SPM这一尖端复杂仪器的原理和使用与计算机辅助教学这一形式结合起来，经部分人员试用后，效果明显，反应良好。可大大增加操作者学习SPM的兴趣，并能起到事半功倍的效果，提高课堂教学效果。不足的是AFM和SNOM的数学模型还有待进一步研究。
参考文献：
夜上海论坛 [1]白春礼.扫描隧道显微术及其应用[M].上海：上海科技出版社，1991.84—86.
夜上海论坛 ［2］MicrosoftPress,MicrosoftWindows:GuidetoProgramming,1990.
［3］HeinzelmannH.Instrumentaldevelopmentsandrecentexperimentsinnear-fieldopticalmicroscopy.ThinSolidFilms,1996,273∶149—153.
［4］戴长春，黄桂珍等.国产GSPM-930型扫描探针显微镜介绍[J].现代科学仪器，1998，(1-2)∶92—93.
第2篇
一、善抓本质，培养思维的深刻性
夜上海论坛 思维的深刻性，就是善于透过纷繁的现象发现问题本质的思维品质。它是一切思维品质的基矗它集中表现在具体进行思维活动时善于深入地思考问题，抓住其本质和规律，从而园满地解决问题。化学是一门具有严谨科学性的学科，学生具备思维深刻性是学好这一学科及正确答好高考化学试题的必备素质。1995年的高考化学试题突出体现了对学生思维深刻性的考查。
夜上海论坛 可见，要简明扼要地解决问题，最主要的应分析问题的实质，找出问题的关键所在。既要抓住题目“题眼”作为思维突破点，又要选点准确，使思路畅通，问题解决显得“敏捷而迅速”。
如何在高考复习中，培养学生思维的深刻性，可根据知识间的内在联系，由浅入深，由表及里，由简到繁，由易到难去设计多层次练习题，进行一题多解，一题多变的训练，加深对知识的理解和掌握知识的内在联系，以灵活运用知识，提高解题能力。
思维深刻性的另一方面，也可在多项选择题的解答中体现出来，高考第二大题单项与多项选择混和，其目的是增加试题难度，降低随机猜测得分率。而中学生受认知水平，心理特征和学习态度等因素影响，往往对概念理解不透，记忆不深或仅凭印象进行机械推理，造成知识的负迁移，在思考问题时常常不细致，不深入，或产生思维定势，从而导致少选，漏眩教师在指导学生练习，经常有意识地漏选选项，有利于帮助学生分析复杂的比较隐蔽的或带假象的选项时，能去伪存真，正确选择，以达到有意识地培养学生思维的严密性和深刻性之目的。
二、逆向思维，培养思维的逻辑性
夜上海论坛 思维的逻辑性是指思考问题时，条理清楚，推理准确，有因有果，严格遵循逻辑规律。逻辑思维性强的考生答题时分析论证问题层次分明，推理严谨，令人无懈可击。解题时，运用逆向思维，是培养学生思维逻辑性的一条重要途径。
中学化学教材中许多内容是培养学生逆向思维的好教材，只要教师在备课时，深入钻研教材，精心设计问题以启发学生逆向思维，持之以恒就会收到奇妙效果。
三、善于变通，培养思维的灵活性
思维的灵活性是指善于根据事物发展变化的具体情况，审时度势，随机应变，及时调整思路，找出符合实际的解决问题的最佳方案。在遇到难题时，能多角度思考，善于发散思维，又善于集中思维，一旦发现按某一常规思路不能快速达到目的时，就要立即调整思维角度，以期加快思维过程。高考试题大多是灵活性很强的题目，只有善于应变，触类旁通，方能越关夺隘，攻克难题。所谓难题大致分为两类：一类是信息迁移试题，另一类是计算题。它们主要侧重考查学生的发散思维能力。
夜上海论坛 四、快速准确，培养思维的敏捷性
思维的敏捷性是思维的其它品质高度发展的结果，它表现在能迅速地发现问题和解决问题。在思维的速度和效率上不循序渐进，而是保持较大的思维跨度，以最诀的速度攻克未知。高考化学试题不仅要求考生全面扎实地掌握中学化学基础知识和基本技能，还要在有限的时间内迅速提取头脑中贮存的有关知识，并加以综合运用，不少考生答题时感到时间紧，不能答完卷，乃因解题速度慢之故。
夜上海论坛 思维的敏捷性还表现在善于抓住时机，加快对信息的吸收、筛选和运用。例如，高考题第27题，内容繁杂，解题时应首先理顺各物质间的数量关系，每一步推理均要紧紧抓住反应过程中消耗和剩余的各种物质的物质的量，则产生现象的原因不点自明，反应的方程式也能轻而易举地写出。
夜上海论坛 巧用守恒（如质量守恒、体积守恒、浓度守恒、电荷守恒等）出奇制胜，是提高解题速度的重要捷径。
例如高考试题第17题据电量守垣，第18题巧用得失电子数相等，第24题利用质量守恒，第25题巧用浓度守恒。计算题第30题也可以质量守恒关系为基础进行计算，守恒关系的灵活运用也可使解题速度加快。
为了培养思维的敏捷性，提高学生的解题速度，日常教学中必须定时定量训练，并鼓励学生解题时敢于打破常规，锐意创新，使学生在多变、多解、多思中把握问题的本质，对思路闭塞的学生积极引导，帮助其冲破思维定势的束缚，以提高思维的敏捷性。
五、标新立异，培养思维的独创性
思维的独创性表现为思路开阔，灵活新奇，独特，有丰富的想象，善于联想，长于类比；在心理上还表现为有强烈的创造愿望。知识的发展有待于创造，只有创造才能在竞争中生存，思维的创造性品质是当今时代最为重要、最可贵的一种品质。1995年高考化学试题充分注意了这一点。
近几年高考化学信息迁移题的命题可以看出，试题涉及的化学理论知识，由原来的高中基础知识略加延伸，到现在的大量取材于高等化学、社会生活及工业生产中的实际问题、新科研成果，就能力测试而言，由着重考查学生从现有知识、原理出发，分析、判断、推理解决“老”问题的能力，向考查考生自学新材料、新理论，运用新观点、新方法创造性解决“新”问题能力方向发展，有利于培养并选拔创造型人才。诚然、信息迁移题难度系数比较大、但它不“超纲”，重点考查学生的“现场自学”能力，知识迁移能力，创造想象能力。在复习教学中，不能丢开书本，花大精力，耗费时间去补充“超纲内容”，既浪费了精力，又增加了学生负担。重在多注意培养学生的自学能力，特别是“现场自学”能力，以及知识迁移能力，创造想象能力。
夜上海论坛 易受传统解题方法的约束，不能接受那些违反“常规”的解题捷径，也是缺乏思维独创性的表现。计算题教学中若把计算为主，推理为辅，转化为推理为主，计算为辅，也能很好地培养学生思维的敏捷性和独创性，高考题第36题的各种巧解充分体现了这一点。
思维功能高效率的基础是思维结构的高度完善，促进学生形成最佳思维结构，最大限度地发挥思维的创造。而善于构造，是创造性思维能力的重要表现，各种类型的题目、解法均有繁简之别。许多学生满足于做出来，而不愿在解题技巧方面作深入探讨、致使解题速度缓慢，这是广大考生的弱点，不能不引起教师的高度重视。如果在解题中多留神各种解法，多启发诱导，尽可能让学生自己总结出一些简捷明快的解法，这本身就是一种创造。如果照本宣科，照析例题，硬套公式，题愈做愈死，越学越怕，思路越走越窄。故此应鼓励学生打破常规，发挥独创性。
六、统筹全局，培养思维的整体性
第3篇
1.1课程设置改革
首先，资源环境科学专业是文理兼收的，故选择叶芬霞主编的“无机及分析化学”和“无机及分析化学实验”作为教材。本课程作为专业基础课，课程大纲要求学生掌握分析化学的基本原理和方法以及无机及分析化学试验的基本操作技能，培养严谨的科学态度、分析解决环境科学问题的能力，并为学习后续课程和将来从事环境监测工作和环境化学的学习奠定基础。因此本课程确定选取容量分析（酸碱滴定法、沉淀滴定法、氧化还原滴定法、配位滴定法）和仪器分析（吸光光度法、原子吸收分光光度法、离子色谱法等）作为重点教学内容，设定教学计划，理论环节50学时，实验环节22学时，实验分别设计入门项目、验证性项目、综合性项目等多种层次的8个实验项目来反复训练学生，培养学生获得整体行动能力，同时注重与本专业其他课程的衔接和渗透，真正通过本课程学习为后续专业理论学习和实践能力的培养打下良好的基础。
1.2理论教学改革
夜上海论坛 在分析化学的理论教学中，既要讲授分析化学的基本原理和方法，使学生严格树立起“量”的概念，培养学生从事理论研究和实践的严谨的科学作风和能力。又要将新发现的现代分析方法和技术巧妙的融合到经典分析化学中，如介绍分析化学在环境监测、环境毒理学、环境化学等课程方面的应用,特别是环境污染治理、生命科学在分析化学方向使学生认识到分析化学的重要性，充分调动学生的积极性，激发学生学习兴趣，积极参与到教学活动中。教师教学不应重在讲授，而应重在“授之予渔”，引导学生提出问题,指导学生解决问题。首先，教师提出能够涵盖课堂教学所有知识点的问题,让学生课前带着问题去预习,既培养独立自主学习能力又可让学生发现自己遇到的难点。然后，通过启发引导,鼓励学生提出问题,引导学生寻找解决问题的途径和方法，并给出一定的时间让学生去思考,去查阅相关的资料，培养学生独立解决问题能力，同时让学生自己挖掘每个问题所涵盖的知识点,并引导其掌握问题在实际中的应用，以学生为主体通过问题的解决而掌握相关的知识点,不但帮助学生自主分析、解决问题,还提高了学生学习的兴趣,使所学知识体系和创新能力不断提高和发展。比如新课前先留下问题水中Cl-和CrO4-同时存在，缓慢加入浓的AgNO3哪种离子先沉淀呢？实验现象又如何？学生带着问题去预习，学习分步沉淀的原理，同时鼓励学生小组设计实验，理论课前可以先进行实验，观察现象，通过查找资料分析原因，课堂上教师根据学生解答问题情况讲授新课，理论与实践相结合，充分调动学生学习的积极性，培养了学生自主学习、团结协作分析解决问题的能力。课堂教学过程中注重灵活引导学生掌握学习方法，如对比方法，包括将有关同类滴定分析方法原理知识进行横向或纵向的比较、几种常规容量分析法的相似点不同点、化学键与分子间作用力的异同点、三种银量法的异同点等，又如如何选择最适的指示剂,重点讲根据酸碱滴定曲线中滴定突跃选择指示剂,而配位滴定和氧化还原滴定,就不再详细讲授,让学生分组讨论学习，而且滴定分析重在应用，加以案例分析教学，有助于提高学习兴趣，让学生学以致用，了解本方法的用途，进而开展实践教学。
1.3创新实践教学模式，多种实验教学模式相结合
现阶段分析化学实践教学中，多数是老师为学生准备好试验水样、土样、药品试剂等，学生仅按照试验步骤依次操作即完成实验，这并不能满足全面提升学生综合实践能力、创新能力的培养要求，针对上述问题，我对分析化学实践教学做如下改革。以学生为主体、教师为引导，强调以工作任务为驱动组织实践教学，开展实验，同时提倡让学生参与试验的布点、采样、试剂配制、试验耗材准备等实验整个过程的教学模式。即根据工作任务让学生分小组完成任务分配表，包括试验样品的选取、实验药品用量的计算和配制方法、实验原理、实验注意事项等，在实践教学方法上注重互动式、启发式教学模式，鼓励学生小组筹备实验，实验过程中出现问题，引导学生查找分析问题原因，注重培养学生能够掌握基本的分析原理和方法基础上，培养学生进行自主式探索研究，能够自主提出问题、分析问题、并通过分工合作解决实际问题，真正实现教学相长。整个实验过程，不仅提高了解决分析问题能力，也培养了学生团队合作精神。实践教学中工作任务的设置应注重基础实验和综合设计实验相结合，如基础项目、验证性项目、自主性项目、综合性项目等多种层次的8个实验项目来反复训练学生。基础项目的选取以学生基本操作规范、实验常用仪器使用方法为主。如天平的使用、基本仪器操作规范及注意事项等。验证性项目则在规范操作基础上，与课程教学大纲相结合，学会如何着手解决工作任务，教师给出概要的指导性问题和解决问题可选择的途径，学生通过实验过程记录现象和课后查阅资料分析现象，形成总结报告，教师根据结果用部分课堂时间予以点评，如开设水中氯化物含量测定、硫代硫酸钠的标定、EDTA的配制和标定等等。自主性项目则以小组为单位，进行自主式探索研究，分工合作，引导可以选择食用米醋酸度的测定、食用盐中碘含量的测定、自来水中总硬度的测定等。综合性项目为设计研究跨课程的大型综合项目，如草溪河水体富营养化评价等，根据所学的知识和操作技能和查阅相关资料，小组合作写出设计方案，在教师论证其可行性后筹备实验，完成实验，写出实验小论文。
1.4改革考试方式，推行全面而科学的考核方法
夜上海论坛 改革以考核知识的积累、实践能力为目标，考核采取全过程考核，考核方式有闭卷笔试、实验操作、平时作业、实验报告等多种形式，既注重结果又注重过程。理论部分占总成绩的60%，实验部分占总成绩的30%，考勤占10%，共100分。考核内容以应用为主，主要考核学生掌握知识点和灵活运用能力，达到培养学生综合应用能力的目标。
2成果与展望
