高中化学优质教学案例中教材分析的现状研究及分析模型建构*

以核心期刊《化学教育》2018-2021年高中化学教学设计及实施类文献为研究对象,在较完备的教材分析视角指引下,采用内容分析法研究优质教学案例中教材分析的现状及特点,在此基础上构建教材分析模型,探索优质教学案例的设计路径。     

提升化学学科核心素养的高中化学教学——以“金属的防护”为例

针对人教版选修1《化学反应原理》第4章第3节“金属的腐蚀与防护”课时2“金属的防护”进行教学实践探索,融合STEM教育理念促进知识与社会生活结合。选用任务情境“家用电热水器碳钢内胆防腐”,通过实验探究构建起电化学防护的认知模型,再将模型应用于实际生产生活问题的解决,进行热水器内胆的防腐设计。在真实情境问题的解决中,将知识、方法、应用等3者融合,培养学生的问题意识和创新思维,逐步内化并表现出化学学科核心素养。     

基于认识模型建构与应用的化学教学设计*——“水溶液中的离子反应与离子平衡”一轮复习课

分析了“水溶液中的离子反应与离子平衡”主题内容,通过学生前测发现学生对这一部分内容的认识存在着认识水平较低、认识不够深入等问题。针对这一问题,在实际教学中通过构建水溶液中的离子反应与离子平衡认识模型的方式,创设真实的问题情境,引导学生明确任务类型、丰富认识角度、形成认识思路,从而使学生对主题内容的认识走向深入和系统。通过后测,分析了教学效果,进行了教学反思,为在教学实践中开展认识模型建构教学提供参考。     

基于思维模型建构的高三化学复习教学*—— 以“平衡原理的应用”为例

以高三复习课“平衡原理的应用”为例,通过真实情境的剖析让学生感知模型,引导学生分析归纳提炼模型,并进行针对练习运用模型,变式训练体会模型,让学生在实践中以模型思维为突破,深入领悟建构模型的实质,有序解决复杂化学问题,提升科学思维能力,发展化学学科核心素养。     

基于深度学习的“实验方案设计”主题式复习教学——以“阿司匹林的制备和提纯”为例

针对实验方案设计题的得分率分析和教学现状,基于课程标准、教材、真题和文献研究,构建“阿司匹林的制备和提纯”深度学习主题模型。通过设计制备和提纯阿司匹林的实验方案,构建实验方案设计的思维模型,并以制备七水合硫酸锌为例内化思维模型,在解决真实、复杂的问题过程中实现核心知识结构化,生成指向深度学习的主题式复习教学流程。     

Diffusiophoresis in suspensions of highly charged soft particles

Diffusiophoresis phenomenon of aoft particles suspended in binary electrolyte solutions is explored theoretically in this study based on the spherical cell model, focusing on the chemiphoresis component in absence of diffusion potential. Both the electrostatic and hydrodynamic aspects of the boundary confinement, or steric effect, due to the presence of neighboring particles are examined extensively under various electrokinetic conditions. Significant local extrema are found in mobility profiles expressed as functions of the Debye length in general, synchronized with the strength of the motion-inducing double layer polarization. Moreover, a seemingly peculiar phenomenon is observed that the soft particles may move faster in more concentrated suspensions. The competition between the simultaneous enhancement of the motion-inducing electric driving force and the motion-retarding hydrodynamic drag force from the boundary confinement effect of the neighboring particles is found to be responsible for it. The above findings are also demonstrated experimentally in a very recent study on the diffusiophoretic motion of soft particles through porous collagen hydrogels. The results presented here are useful in various practical applications of soft particles like drug delivery.     

多重短程有序准化学模型: 有序原子对的对立与统一

在准化学模型框架下, 假设有序原子对同时具有可区分与不可区分的双重属性, 首先构造了双重短程有序准化学模型, 然后讨论了该模型所能满足的各类理论极限. 经总结提炼, 提出了有序原子对的对立统一理论. 基于该理论, 进一步将双重短程有序准化学模型做了一般化推广, 开发了多重短程有序准化学模型. 该模型能够有效描述二元熔体中存在多重短程有序构型时的热力学行为. 选取了至少存在两重短程有序构型的Bi-K熔体来检验模型的合理性和可靠性. 结果表明, 除配位数外, 只需4个模型参数就能合理再现该二元熔体所有的热化学数据.     

Covariate model-based fault tree analysis for risk assessment in chemical process industries: A case study of a chlorine manufacturing facility

Fault tree analysis (FTA) is a promising quantitative technique for risk analysis in chemical process industries (CPIs). In FTA, a certain sequence of basic events (causes) leads to one specific Top event (critical event of interest). However, the conventional fault tree analysis has the limitations of staticity and uncertainty. The staticity in conventional FTA arises due to its inability to accommodate time-dependent characteristics of the process system. Whereas uncertainty primarily lies in the failure probability data of basic events. This paper proposes an innovative methodology that uses a time-dependent covariate model to update the failure probability values of major contributing basic events in FTA. A novel subclass of the family of phase-type distributions is used to model the covariates corresponding to the basic events. The newly developed methodology is applied for a case study in a chlorine manufacturing facility to estimate the chlorine release probability. The blockage in the pipeline was identified as the significant reason for chlorine release from expert opinion and sensitivity analysis. The results of the proposed model of FTA are compared with that of conventional FTA.     

多组件学习器实现有机分子沸点的精准预测

沸点(BP)是有机分子液体的基本物理化学量, 也是化学工业生产中的重要参数. 有机分子的沸点由分子结构决定, 呈现复杂的结构-沸点关系, 函数法(Function Method)、基团贡献法(Group Contribution Method)等传统方法无法应对复杂多样有机分子结构的预测, 应用范围狭窄, 预测精度低. 本研究中, 我们利用基于人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)的多组件学习器实现有机分子沸点的精准预测. 我们构建了基于可解释性描述符的ANN、基于相关性描述符的ANN及基于复合分子指纹的SVM三个异质模型, 并通过包含4550个各种类别的有机分子沸点的数据集进行训练得到了三个异质性学习器, 最后集成三个学习器对有机分子沸点进行预测. 相比于传统方法和此前的定量结构性质关系(QSPR)模型, 多组件模型结合了三种模型的优点, 展现出很好的预测精度和泛化能力以及低的过拟合, 实现了对多种类型有机分子的沸点的有效预测.     

影响高浓度氧化石墨烯分散液流变行为的重要因素及群体平衡动力学分析

氧化石墨烯(GO)片的基面和边缘上存在大量的含氧官能团,能很好地分散在水中,因而具有很好的加工性和广阔的应用前景。在较高浓度范围下,GO水分散液中存在着强烈的竞争性相互作用,从而对流变行为产生较大影响。在本文中,通过稳态、动态等流变实验以及理论分析,研究了pH值、温度和不同的有机溶剂对GO分散液流变行为的影响。结果表明,降低pH值、适当增加温度以及加入吡啶均可促进GO水分散液从粘弹性液体到凝胶态的转变。利用DLVO (Deryagin-Landau-Verwey-Overbeek)理论,探讨了GO片之间的范德华作用力以及双电层排斥作用的相互关系,及其对流变性能的影响。通过群体平衡模型(PBE)分析了GO分散液的屈服应力与体积分数的正相关关系。同时,通过蠕变和松弛实验发现,高浓度的GO分散液中结构变化及流变行为在很多方面与高聚物相似,利用Poyting-Thomson模型能较好地拟合其粘弹性行为。上述研究结果为深入研究复杂的GO分散体系提供理论支撑和实验依据。