導(dǎo)語：如何才能寫好一篇化學(xué)中有機(jī)化合物的定義，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：有機(jī)化合物　同分異構(gòu)體　同分異構(gòu)現(xiàn)象

有機(jī)化合物的同分異構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,又非常普遍,所以對機(jī)化學(xué)必須全面了解同分異構(gòu)現(xiàn)象及性質(zhì)?；瘜W(xué)上，同分異構(gòu)體是一種有相同化學(xué)式，有同樣的化學(xué)鍵而有不同的原子排列。很多同分異構(gòu)體有相似的性質(zhì)。有機(jī)化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象有機(jī)化合物有著非常豐富的同分異構(gòu)現(xiàn)象，概括如下：有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)包括三個層次，即構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象。構(gòu)造是指有機(jī)物分子中各原子或原子團(tuán)之間的結(jié)合順序或排列順序；構(gòu)型是指有機(jī)物分子中的各個原子或原子團(tuán)在空間的排列方式；構(gòu)象是指在有機(jī)物分子中，由于圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的原子或原子團(tuán)在空間的不同排列形象。

一、同分異構(gòu)體的定義和性質(zhì)

化學(xué)上，同分異構(gòu)體是一種有相同化學(xué)式，有同樣的化學(xué)鍵而有不同的原子排列的化合物。簡單地說，化合物具有相同分子式，但具有不同結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，叫做同分異構(gòu)現(xiàn)象；具有相同分子式而結(jié)構(gòu)不同的化合物互為同分異構(gòu)體。很多同分異構(gòu)體有相似的性質(zhì)。

同分異構(gòu)體的組成和分子量完全相同而分子的結(jié)構(gòu)不同、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)也不相同， 如乙醇和甲醚。 同分異構(gòu)體簡稱異構(gòu)體，有機(jī)物中的同分異構(gòu)體分為構(gòu)造異構(gòu)和立體異構(gòu)兩大類。具有相同分子式，而分子中原子或基團(tuán)連接的順序不同的，稱為構(gòu)造異構(gòu)。在分子中原子的結(jié)合順序相同，而原子或原子團(tuán)在空間的相對位置不同的，稱為立體異構(gòu)。 構(gòu)造異構(gòu)又分為（碳）鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)和官能團(tuán)異構(gòu)（異類異構(gòu)）。立體異構(gòu)又分為構(gòu)象和構(gòu)型異構(gòu)，而構(gòu)型異構(gòu)還分為順反異構(gòu)和旋光異構(gòu)(又稱對映異構(gòu))。

二、同分異構(gòu)體

分子式相同，結(jié)構(gòu)不同的化合物互為同分異構(gòu)體。

1.對“分子式相同”的理解

1.1分子量相同的有機(jī)物一定有相同的分子式嗎？不一定，如甲酸和乙醇（式量46）、乙酸和丙醇（式量60）、丙酸和丁醇（式量74）、壬烷（C9H20）和萘（C10H8）（式量128）等。

1.2組成元素相同且最簡式也相同的有機(jī)物一定有相同的分子式嗎？不一定，如環(huán)丙烷和乙烯、乙炔和苯、甲醛和乙酸和葡萄糖等。

1.3分子量相同、元素百分含量相同（或最簡式相同）的有機(jī)物一定有相同的分子式嗎？一定。

2.對“結(jié)構(gòu)不同”的理解：這里的結(jié)構(gòu)是指空間構(gòu)型不同，要注意結(jié)構(gòu)簡式書寫的等效性。如就是同一種結(jié)構(gòu)，只是書寫方式不同罷了。

3.對“化合物”的理解

3.1有機(jī)化合物之間可以互為同分異構(gòu)體；有機(jī)化合物和無機(jī)化合物之間可以互為同分異構(gòu)體，如NH4CNO和CO(NH2)2，前者為無機(jī)化合物，后者為有機(jī)化合物；無機(jī)化合物之間也可以互為同分異構(gòu)體。

3.2既不是單質(zhì)，也不是混合物，也不是原子，如O2和O3；H、T、D就不可以互稱同分異構(gòu)體。再者，如淀粉與纖維素，分子式均為(C5H10O5)n　,但是,他們分別都是混合物。又如，　聚1-丁烯和聚2-丁烯也都是混合物，所以他們都不能互稱同分異構(gòu)體。

三、同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)

同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)主要有碳鏈異構(gòu)；（官能團(tuán)）位置異構(gòu)；（官能團(tuán)）類別異構(gòu)等三種異構(gòu)形式，碳鏈異構(gòu)是基礎(chǔ)和核心，其他兩類是擴(kuò)展和升華。

1.碳鏈異構(gòu)

在碳鏈異構(gòu)中，首先必須掌握對等效氫原子（有機(jī)物分子中位置等同的氫）的判斷：

1.1連在同一個碳原子上的氫原子是等效的；

1.2連在同一個碳原子上的甲基上的氫原子是等效的；

1.3處于對稱位置或鏡面對稱位置的碳原子上連接的氫原子是等效的。

2.官能團(tuán)位置異構(gòu)

該法實際上是將同分異構(gòu)體看成是由官能團(tuán)取代烴中的不同氫而形成的。書寫時常先寫碳鏈異構(gòu)，然后找等效氫，最后將等效氫原子用官能團(tuán)取代即可。

3.官能團(tuán)類別異構(gòu)

通過將官能團(tuán)進(jìn)行拆分或重新組合，往往可以寫出多種具有不同官能團(tuán)的同分異構(gòu)體，這樣的方法叫類別異構(gòu)。類別異構(gòu)在有機(jī)物同分異構(gòu)體的書寫中非常普遍。它不但要求學(xué)生掌握常見的官能團(tuán)，熟悉官能團(tuán)的變化形式，還能根據(jù)所給信息迅速判斷其變化和所處的位置。常見的官能團(tuán)的變化形式有：烯烴和環(huán)烷烴；炔烴和二烯烴；醇和醚；醛和酮；羧基和酯；羧基和羥基醛；酚和芳香醇、芳香醚；硝基烷和氨基酸等。

四、判斷有機(jī)物同分異構(gòu)體的思路與方法

分享有機(jī)物同分異構(gòu)體的推導(dǎo)與判斷,是有機(jī)化學(xué)的難點,迅速地找出有機(jī)物的同分異構(gòu)體,除了準(zhǔn)確理解同分異構(gòu)體的概念外,還要掌握推導(dǎo)同分異構(gòu)體的一些方法和思路.，判斷同分異構(gòu)體的基本思路，在學(xué)習(xí)同分異構(gòu)體時,普遍感到找同分異構(gòu)比較困難,究其原因主要是思路不清、無序,往往用湊的方法去解決問題,東拼一個,西湊一個,這樣的結(jié)果顯而易見,不是重復(fù)就是漏寫了。如何做到在推導(dǎo)同分異構(gòu)體時不重復(fù)、不遺漏,關(guān)鍵是思維要有序,要掌握一定的方法。常見的同分異構(gòu)現(xiàn)象有三類:、一類叫官能團(tuán)異構(gòu)(即類別異構(gòu)),一類叫碳鏈異構(gòu),一類叫位置異構(gòu)。含官能團(tuán)的開鏈有機(jī)物可能這三種異構(gòu)體都有,判斷同分異構(gòu)體時可按照先找官能團(tuán)異構(gòu),再找碳鏈異構(gòu),后找位置異構(gòu)的思維順序去考慮,這樣就不易出現(xiàn)混亂 判斷官能團(tuán)類別異構(gòu)可借助有機(jī)物的通式,烴和烴的衍生物常用的通式和所代表的類別,可作為判斷類別異構(gòu)的常用手段.有機(jī)化合物的數(shù)量如此之多首先是因為碳原子相互結(jié)合的能力很強(qiáng)。碳原子可以互相結(jié)合成不同碳原子數(shù)目構(gòu)成的碳鏈或碳環(huán)。一個有機(jī)化合物的分子中碳原子的數(shù)量少則僅一、二個，多則可達(dá)幾千、幾萬甚至幾十萬個（有機(jī)高分子化合物）。此外，即使是碳原子數(shù)目相同的分子，由于碳原子間的連接方式有多種多樣，因而又可以組成結(jié)構(gòu)不同的許多化合物。分子式相同而結(jié)構(gòu)相異因而其性質(zhì)也各異的不同化合物，稱為同分異構(gòu)體，這種現(xiàn)象叫做同分異構(gòu)現(xiàn)象。

同分異構(gòu)現(xiàn)象在有機(jī)化合物中普遍存在。例如分子式C2H6O 就可代表乙醇和二甲醚兩種不同結(jié)構(gòu)因而性質(zhì)也不同的化合物，它們互為同分異構(gòu)體。

篇2

有機(jī)化學(xué)又稱為碳化合物的化學(xué)，是研究有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備的學(xué)科，是化學(xué)中極重要的一個分支，也是高等院?；瘜W(xué)體系的四大基礎(chǔ)課程之一。有機(jī)化學(xué)又可分為有機(jī)合成化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、物理有機(jī)化學(xué)、元素有機(jī)化學(xué)和金屬有機(jī)化學(xué)等分支。眾所周知，任何生命體的結(jié)構(gòu)都是有機(jī)元素構(gòu)成的，我們生活的環(huán)境和能源物質(zhì)也都是有機(jī)物，所以有機(jī)化學(xué)發(fā)展迅速，內(nèi)容豐富且社會應(yīng)用性強(qiáng)，在生命科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和能源科學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域中均有所體現(xiàn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，有機(jī)化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容雖然在持續(xù)增加，然而教學(xué)課時卻有逐漸壓縮的趨勢，所以教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)時少也就隨之成為教學(xué)工作中的矛盾主體。因此，作為一名化學(xué)學(xué)科的教師要傳授給學(xué)生的不應(yīng)該僅僅是定義、公式和實驗方法，而是要盡可能提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的同時，讓學(xué)生更多地了解各種化學(xué)現(xiàn)象在現(xiàn)實生活中的作用以及如何準(zhǔn)確快速尋求到解決今后所遇到的化學(xué)問題的方法和思路。高校有機(jī)化學(xué)教學(xué)要適應(yīng)新世紀(jì)對新人才的需求，迫切需要由理論公式型向現(xiàn)實應(yīng)用型模式轉(zhuǎn)變，以培養(yǎng)真正適應(yīng)科技發(fā)展需要的復(fù)合型人才。

二、教學(xué)目的轉(zhuǎn)變催生教學(xué)方法變革

著名教育學(xué)家陶行知先生曾經(jīng)提出“生活即教育”的理論。學(xué)生不管接受何種形式的高等教育，最終都要學(xué)以致用、需要面向生活，融入社會為導(dǎo)向。教學(xué)的目的就是教給學(xué)生一技之長，讓他們學(xué)會做人、學(xué)會做事，順利過渡。在知識經(jīng)濟(jì)與信息更新飛速發(fā)展時代，很多畢業(yè)生面臨著“剛畢業(yè)就失業(yè)”的現(xiàn)狀，就業(yè)崗位更新快、技術(shù)淘汰快，再長年限、再寬泛的專業(yè)高等教育也無法把學(xué)生培養(yǎng)成一勞永逸、無須“更新升級”的人才，所以這就急需我們的高等教育從教育的根本目的開始轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生把課堂上學(xué)到的東西真正的做到學(xué)以致用，才能少走彎路，更快的適應(yīng)社會，融入新的工作中。

有機(jī)化學(xué)學(xué)科的特點是化學(xué)知識來源于生活，又走向生活解決問題，與日常生活息息相關(guān)。而我們的教學(xué)過程就是將有機(jī)化學(xué)知識蘊藏在生活問題中，使化學(xué)教學(xué)成為還原生活的過程。盡量從學(xué)生的衣食住行出發(fā)，幫助學(xué)生認(rèn)識有機(jī)化學(xué)與人類生活的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與興趣，感受化學(xué)的魅力，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展。摒棄傳統(tǒng)教育填鴨式機(jī)械化的教學(xué)方式，寓教學(xué)于生活，以掌握解決現(xiàn)實問題的方法能力而不是掌握知識的數(shù)量多少為教學(xué)目的；無論是理論還是實驗教學(xué)都要以了解生活本質(zhì)，解決生活的實際問題為目的。例如，對我們最為重要的水與有機(jī)化學(xué)有什么關(guān)系？普通的自來水，純凈水，礦泉水，地下水等諸多種類水的界定標(biāo)準(zhǔn)是什么？其中揮發(fā)性（VOC）和半揮發(fā)性（SVOC）有機(jī)污染物分別會對人體產(chǎn)生怎樣的危害，怎樣避免這種危害？我們應(yīng)該怎樣健康的飲水？水源的污染對整個人類生存環(huán)境帶來怎樣的影響？如何有效的保護(hù)水源等都是學(xué)生感興趣的教學(xué)點，雖然從表面看所涉及的知識似乎很淺顯，但就像樹的根系一樣有著許多深層的有機(jī)化學(xué)知識點，從化學(xué)反應(yīng)的方程式到最新的精密檢測儀器的應(yīng)用都可以包含在內(nèi)，非常值得師生一起探討研究。

三、教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)變是教學(xué)改革的精髓

教學(xué)內(nèi)容和課程體系直接反映了教學(xué)目的和人才培養(yǎng)目標(biāo)，是教育創(chuàng)新的核心。因此，要搞好有機(jī)化學(xué)的教學(xué)工作，提高教學(xué)效果，使學(xué)生輕松掌握教學(xué)大綱的知識，就必須對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全面改革。這也是教學(xué)改革中的靈魂與精髓。

（一）教學(xué)內(nèi)容改革以教材改革為起點

教材是開展教學(xué)的依據(jù)。實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容改革，先要選定恰當(dāng)?shù)慕滩?。根?jù)自身院校以及專業(yè)的特點重新選定教材，根據(jù)不同專業(yè)特色合理安排教學(xué)內(nèi)容，有所側(cè)重的變化授課內(nèi)容。有機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容豐富、理論深刻、實踐性強(qiáng)、與其他各學(xué)科交叉滲透性強(qiáng)等諸多特點，但目前各高等院校所選用的有機(jī)化學(xué)教材可謂是紛繁蕪雜，教材質(zhì)量也是魚龍混雜。這就需要教師用心甄別，充分考慮本專業(yè)實際和學(xué)生的接受能力，選擇最為適合的教材，事半功倍。比如曾有環(huán)境專業(yè)的教師將“氨基酸”“蛋白質(zhì)”“碳水化合物”“周環(huán)反應(yīng)”等與本專業(yè)關(guān)系不強(qiáng)的內(nèi)容和分析化學(xué)里邊講過的“四大譜”內(nèi)容刪去，把有限的教學(xué)學(xué)時充分分配給與本專業(yè)關(guān)系密切的必學(xué)內(nèi)容。這樣做的優(yōu)點是有的放矢，既學(xué)到了學(xué)生認(rèn)為有用的精華內(nèi)容，同時也減輕了學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)。

（二）將前沿問題引入課堂是教學(xué)改革的點睛之筆

教學(xué)內(nèi)容要站在學(xué)科前沿，緊跟時代步伐。將最新專業(yè)動態(tài)融入日常課程，是教育教學(xué)向前發(fā)展、培養(yǎng)高科技人才的必由之路以及有效途徑。

科學(xué)技術(shù)日新月異的年代，隨著國內(nèi)外有機(jī)合成技術(shù)的迅速發(fā)展，新的有機(jī)化合物不斷涌現(xiàn)，其種類和數(shù)量甚至正在以幾何數(shù)列增長，其應(yīng)用也是深入到了人類生活的方方面面，有機(jī)化學(xué)正在向全世界展現(xiàn)它無可替代的地位和旺盛的生命力。時代的發(fā)展呼喚創(chuàng)新，教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的更新迫在眉睫。有機(jī)化學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，廣泛滲透在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、日常生活的各個方面，業(yè)已取得翻天覆地的變化。將國內(nèi)外學(xué)科發(fā)展的前沿問題引入課堂教學(xué)，不僅能夠豐富課堂教學(xué)，還能夠促進(jìn)教師能力發(fā)展提高。也將極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得更好的教學(xué)效果。

在教學(xué)中，向?qū)W生推介諾貝爾化學(xué)獎中的前沿問題，尤其是與有機(jī)化學(xué)緊密相關(guān)的內(nèi)容；或是在教材相關(guān)章節(jié)中，把自己的科研項目和研究成果的最新進(jìn)展，向?qū)W生予以講述介紹，既豐富了課堂內(nèi)容，又對學(xué)生生動展現(xiàn)了從理論到實踐的飛躍。教而不研則淺，研而不教則空，這充分說明了教學(xué)與科研亟需密切合而為一。教學(xué)中應(yīng)該密切注意培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決問題的能力和科研創(chuàng)新能力。

網(wǎng)絡(luò)如此發(fā)達(dá)的今天，信息檢索已不再是難題，全球范圍內(nèi)的有機(jī)化學(xué)前沿成果，最新的科技文章只需一臺連接了互聯(lián)網(wǎng)的電腦便盡收眼底，在講授基礎(chǔ)知識的同時向?qū)W生滲透一些最新的國際動態(tài)，不僅啟發(fā)其創(chuàng)新思維并同時提高學(xué)習(xí)熱情。教師自身的超前意識往往會潛移默化地給學(xué)生最為深刻的影響，例如，在講授緒論部分時對航天材料中有機(jī)部分的介紹，結(jié)合我國最新的航天成果，將納米塑料等概念引入課程中?；?qū)⒆罱贝笤谥貕A土金屬有機(jī)化學(xué)研究中取得新進(jìn)展――首次實現(xiàn)了多氟戊搭烯衍生物的合成，以動態(tài)方程式的方式展示給大家，從而鼓勵激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，以課程為紐帶帶動師生的互動，使學(xué)生深切感受到科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展給社會發(fā)展帶來的巨大變革。

（三）注重交叉學(xué)科的課堂教育是教學(xué)改革的重要組成

諸多化學(xué)學(xué)科中，有機(jī)化學(xué)這門課涉獵其他學(xué)科最為廣泛，集歷史性、趣味性、實用性為一體。為了培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣，可以在學(xué)期初緒論部分重點介紹有化學(xué)的發(fā)展史、著名科學(xué)家所作出的貢獻(xiàn)、有機(jī)化學(xué)研究的新領(lǐng)域、各種國際化學(xué)獎項中最新的有機(jī)化學(xué)研究成等以及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展簡史。教師在備課過程中，除要保持知識的準(zhǔn)確性外更要力求每堂課都注入新的知識動態(tài)，結(jié)合專業(yè)特點豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，聯(lián)系日常社會生活，有意識的將食品學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)甚至藝術(shù)等其他專業(yè)融入有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中，從多角度、多層次詮釋每一個知識點，讓學(xué)生不再覺得化學(xué)是枯燥乏味的，而是一門令人充滿探索熱情的、魅力四射的學(xué)科。多學(xué)科交叉學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)不但能解釋大部分生活中的化學(xué)現(xiàn)象，還能提高學(xué)生整體素質(zhì)，是行之有效的提高教學(xué)質(zhì)量的方法。

四、教學(xué)改革呼喚教學(xué)形式的轉(zhuǎn)變

（一）授課形式多樣化是現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)教育的基本要求

有機(jī)化學(xué)知識點繁雜，公式變化多樣，如果教師仍然拘泥傳統(tǒng)的以信息傳遞為主的教學(xué)方法（講授法，談話法，討論法，讀書指導(dǎo)法等）必定會使學(xué)生感到枯燥乏味，但是若將以直接經(jīng)驗為主的教學(xué)方法（參觀法，演示法，實習(xí)法，練習(xí)法等）引入課堂必將收效顯著，中國的學(xué)生普遍動手能力差，大學(xué)中的實驗科目又大部分是教師在準(zhǔn)備和教授，如何有效地增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和分析解決問題能力是當(dāng)今高校教育亟需改善的通病。教學(xué)的組織形式也可以由以往普遍的班級授課適當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉纸M教學(xué)、個別教學(xué)，道爾頓制或特朗普制的形式，相信多樣化的授課形式一定會令學(xué)生每次課程都有所期待，激發(fā)了好奇心從而鍛煉了思維能力，同時帶動了課程知識點的學(xué)習(xí)。

（二）多媒體技術(shù)在教學(xué)中的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代化學(xué)教育的內(nèi)在要求

有機(jī)化合物以分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反應(yīng)條件嚴(yán)格、副反應(yīng)多、反應(yīng)機(jī)理難掌握而著稱，多媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展為有機(jī)化學(xué)教學(xué)注入了活力，有望改變有機(jī)化學(xué)難學(xué)、難懂的觀念，極大地改善傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊病。

多媒體課件作為輔助教學(xué)手段，具有很多優(yōu)點。首先，它使現(xiàn)代化學(xué)教育更形象更生動。它具有高信息涵蓋量、色彩豐富、呈像生動、動感形象等長處，作為高科技教學(xué)手段，其引入與應(yīng)用，積極促進(jìn)了現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革的發(fā)展。Flash對化學(xué)實驗的圖像解構(gòu)，將微觀世界里的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)形象而又生動地呈現(xiàn)出來，使對各種反應(yīng)機(jī)理的描述不再晦澀抽象難懂。

其次，多媒體教學(xué)可以使有機(jī)化合物空間立體結(jié)構(gòu)更加形象直觀，其動畫功能可以利用不同顏色、不同大小、不同形狀代表各化合物上的原子或基團(tuán)，把有機(jī)反應(yīng)過程直觀地表現(xiàn)出來，變靜態(tài)為動態(tài)過程。多媒體演示可用于代替昂貴但高效靈敏的儀器的操作，如氣象色譜-質(zhì)聯(lián)聯(lián)用儀（GC-MS），液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（HPLC-MS）等。

價格昂貴一般學(xué)校難以引入課堂教學(xué)實驗之中，但利用CAI課件即可向?qū)W生模擬這些儀器的操作，讓學(xué)生對有機(jī)測試先進(jìn)手段有更加直觀的理解，任何教學(xué)手段都是為教學(xué)內(nèi)容服務(wù)的。

再次，多媒體教學(xué)手段為師生之間溝通提供了便捷途徑。通過開拓網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，可實現(xiàn)教師在線答疑，學(xué)生可根據(jù)自己在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題在網(wǎng)上與教師交流討論，也可以與其他同學(xué)進(jìn)行討論。這種教學(xué)平臺的應(yīng)用彌補(bǔ)了大學(xué)教師科研任務(wù)重、不坐班，學(xué)生在課余時間找不到教師答疑的缺點，在空間上和時間上相對自由。目前網(wǎng)絡(luò)平臺輔助教學(xué)在我們的教學(xué)工作中得到了良好的運用，用于答疑、公布教學(xué)信息和教學(xué)資源共享等方面。今后將進(jìn)一步研究完善教學(xué)平臺的應(yīng)用，以實現(xiàn)無紙化提交、批改作業(yè)，提高工作效率。

篇3

關(guān)鍵詞：必修與選修；整合；銜接；交融；教學(xué)有效性

筆者結(jié)合新課標(biāo)改革的理念，認(rèn)為教師作為教與學(xué)雙邊關(guān)系中的引導(dǎo)者，可以將教學(xué)內(nèi)容部分的必修與選修相聯(lián)系的內(nèi)容進(jìn)行銜接和交融，以促進(jìn)高中化學(xué)教學(xué)的有效性。

一、明辨之：云在青天水在瓶――現(xiàn)狀思考

當(dāng)前來說，高中化學(xué)教學(xué)的開展依舊不如預(yù)期的理想，很多時候，新課標(biāo)的改革發(fā)展理念僅僅成為一句口號。針對高中階段的學(xué)生來說，學(xué)生所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容包括選修和必修共有九門功課。學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力大、負(fù)擔(dān)重、學(xué)習(xí)時間緊張?；瘜W(xué)學(xué)科作為其中的一門功課，筆者認(rèn)為選修和必修部分的教學(xué)其實有著一定的聯(lián)系，必修教學(xué)部分，可以說是打基礎(chǔ)的階段，這個時期為學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)打下扎實的基礎(chǔ)，不僅有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的欲望和興趣，還有助于學(xué)生在今后的選修學(xué)習(xí)階段節(jié)約時間，達(dá)到事半功倍的成效。然而當(dāng)前來說，高中化學(xué)教學(xué)中突出的幾個問題，主要呈現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不濃郁。在必修課階段，多數(shù)教師采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，使得在教學(xué)開展過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式比較傳統(tǒng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不濃郁，加上學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)較重，多數(shù)學(xué)生有些顧不上。

其次，學(xué)生的學(xué)習(xí)方法不科學(xué)。縱觀魯科版必修和選修的內(nèi)容，有一些內(nèi)容是重合的、相關(guān)的，但是不少教師在教學(xué)的過程中，沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣购腿诤?，而是抱著書上寫到哪里就講到哪里，學(xué)生學(xué)習(xí)知識點的時候淺嘗輒止。到了選修階段，學(xué)生再度重新開始學(xué)習(xí)復(fù)習(xí)相關(guān)知識點，浪費了大量的時間和精力。

再次，學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性沒有強(qiáng)化。不少學(xué)生到了化學(xué)選修學(xué)習(xí)的階段時，由于沒有掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，多數(shù)學(xué)生都是被動接收知識點，老師講到哪里就學(xué)到哪里，沒有自主學(xué)習(xí)的積極性，更沒有充分激發(fā)自身的主觀能動性。

結(jié)合上述現(xiàn)狀，當(dāng)前高中化學(xué)的選修和必修課程沒有得到融合和拓展，而浪費了大量的時間和精力，這是比較遺憾的地方。

二、深思之：站在天平的兩端――深度解讀

作為教師，在必修階段，還不清楚哪些學(xué)生今后會進(jìn)入化學(xué)選修部分的學(xué)習(xí)，多數(shù)教師抱著這樣的想法，在必修課堂教學(xué)階段，沒有針對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼贤卣?，這是一種錯誤的教學(xué)理念。

高中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)提出：“高中化學(xué)課程應(yīng)有助于學(xué)生主動構(gòu)建自身發(fā)展所需的化學(xué)基礎(chǔ)知識和基本技能，進(jìn)一步了解化學(xué)學(xué)科的特點，加深對物質(zhì)世界的認(rèn)識；有利于學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的基本方法，加深對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識，增強(qiáng)創(chuàng)新精神和實踐能力；有利于學(xué)生形成科學(xué)的自然觀和嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，更深刻的認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)和社會之間的相互關(guān)系，逐步樹立可持續(xù)發(fā)展的思想……”

由此可見，一方面是學(xué)生繁重的學(xué)業(yè)壓力，另一方面是教師有限的教學(xué)時間和教學(xué)精力。關(guān)于必修與選修教學(xué)內(nèi)容之間的融合，猶如站在天平的兩端，筆者認(rèn)為，只有將學(xué)生從壓力中解放出來，運用統(tǒng)籌方法，即將必修與選修教材的內(nèi)容進(jìn)行有效的整合，最終提升高中化學(xué)教學(xué)的有效性。

三、篤行之：唯有源頭活水來――實踐案例

筆者以魯科版高中化學(xué)教材為例，以下是關(guān)于筆者針對選修內(nèi)容與必修內(nèi)容進(jìn)行整合、的幾個實踐案例：

1.寓教于樂，以經(jīng)驗激活整合

所謂好之者不如樂之者，興趣是激發(fā)學(xué)生主觀能動性的最原始的動力，也是激發(fā)學(xué)生有效參與學(xué)習(xí)的最有力的方法。在教學(xué)中，筆者結(jié)合寓教于樂的方法，一般來說，必修階段是在學(xué)生高一年級的時候進(jìn)行，這個時期需要充分激發(fā)學(xué)生的興趣度。高中化學(xué)與初中化學(xué)相比，難度增加了很多，很多學(xué)生進(jìn)入高一參與化學(xué)學(xué)習(xí)的時候，最明顯的感悟就是難度很大，多數(shù)學(xué)生會出現(xiàn)畏難情緒。教師則可以運用自己的經(jīng)驗激活整合，將化學(xué)必修課的知識點與選修的知識點充分整合，引導(dǎo)學(xué)生在寓教于樂的過程中，以“授人以漁”為目的，激發(fā)學(xué)生自身的主觀能動性。

比如筆者在教學(xué)中將《必修2》的第三章重要的有機(jī)化合物和選修《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》知識進(jìn)行了相結(jié)合教學(xué)。以筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗，通過這兩個部分的整合，既讓學(xué)生的基礎(chǔ)知識有了牢固的積淀，也讓學(xué)生們感受到學(xué)習(xí)過程的快樂。學(xué)習(xí)《必修2》的第三章重要的有機(jī)化合物時，講完甲烷、乙烯、苯和乙醇后，可以把“官能團(tuán)”的定義從選修提到必修來講，讓學(xué)生體會學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的方法；在介紹完乙烯的加成反應(yīng)后，可以拓展反應(yīng)機(jī)理很相似的加成聚合反應(yīng)，讓學(xué)生重視有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的學(xué)習(xí)；必修中苯的取代反應(yīng)除了介紹硝化反應(yīng)外，可以通過多媒體視頻的演示拓展選修部分的溴代反應(yīng)和磺化反應(yīng)，再介紹苯的加成反應(yīng)和與酸性高錳酸鉀溶液不反應(yīng)的事實，讓學(xué)生深刻理解由苯的特殊結(jié)構(gòu)所帶來的“易取代，能加成，難氧化”的特殊性質(zhì)，到選修部分就擴(kuò)展到苯的同系物性|的講解，既復(fù)習(xí)了苯的性質(zhì)也理解了基團(tuán)和基團(tuán)之間的互相影響；在學(xué)習(xí)酯的水解前必修課本上安排了一個乙酸乙酯的水解實驗，可以用選修的肥皂的制備視頻代替，讓學(xué)生對酯的水解反應(yīng)和學(xué)習(xí)選修《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》產(chǎn)生興趣。學(xué)習(xí)選修《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》的知識時注重與必修內(nèi)容的銜接，盡可能從學(xué)生已有的知識出發(fā)提出問題，讓他們帶著問題線索進(jìn)入新的學(xué)習(xí)內(nèi)容中去。比如必修中同分異構(gòu)現(xiàn)象重點介紹碳骨架異構(gòu)到選修部分?jǐn)U展到官能團(tuán)的位置異構(gòu)和官能團(tuán)的類型異構(gòu)。

2.見縫插針，以問題驅(qū)動整合

傳統(tǒng)的教學(xué)課堂基本上成了教師的“一言堂”，多數(shù)學(xué)生都是在被動的模式下參與課堂，對于教師的提問也是被動進(jìn)行解決。在必修階段，如果一些老師不進(jìn)行適當(dāng)?shù)难由欤簧俚慕Y(jié)論及規(guī)律只能讓學(xué)生死記硬背，這樣學(xué)生會越來越厭學(xué)。筆者認(rèn)為，問題是教學(xué)的核心。在教學(xué)過程中，要引導(dǎo)學(xué)生將被動變?yōu)橹鲃樱鸵龑?dǎo)學(xué)生積極質(zhì)疑?？梢酝ㄟ^見縫插針的方式，以問題驅(qū)動整合，在理解后進(jìn)行記憶效果會更好。筆者在教學(xué)中運用問題驅(qū)動的方式，將一部分必修課程與選修課程之間的內(nèi)容加以交融、完善，提升課堂教學(xué)的有效性。

在教學(xué)中，筆者以問題驅(qū)動整合，比如⒀⌒蕖段鎦式峁褂胄災(zāi)省分械詼章第四節(jié)分子間作用力提到《必修2》教授離子化合物和共價化合物時進(jìn)行，為了解釋由分子構(gòu)成的共價化合物為什么熔沸點比較低；氫鍵則提到選修《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》教授醇的熔沸點和溶解性時進(jìn)行，讓學(xué)生理解飽和一元醇的沸點比與其相對分子質(zhì)量接近的烷烴或烯烴的沸點要高，以及多元醇沸點高、易溶于水的性質(zhì)。

3.開放思維，以鞏固提升整合

在教學(xué)中，有一些學(xué)生出現(xiàn)屢教不會的現(xiàn)象，針對課堂上的知識點不能快速進(jìn)行吸收和消化，筆者認(rèn)為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根源在于人的思維。所以在必修課的授課階段，筆者更在意的是教給學(xué)生一種思維，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)知識點的過程中，形成一種開放思維，自己發(fā)現(xiàn)問題，自己找出答案。

在教學(xué)中，筆者將《必修2》第一章原子結(jié)構(gòu)與元素周期律和選修《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第一章原子結(jié)構(gòu)的銜接。為了鞏固提升，筆者提一些開放性的問題，比如化學(xué)必修課程中只介紹了元素周期表的周期與原子的電子層數(shù)有關(guān)，每周期所能容納的元素種數(shù)是數(shù)出來的，而通過問題讓學(xué)生在核外電子排布的基礎(chǔ)上深化知識，能用鮑林近似能級圖解釋周期的劃分和每一周期所能容納的元素種數(shù)。再如在必修課程的基礎(chǔ)上，從原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型出發(fā)，用電離能、電負(fù)性定量地衡量元素原子得失電子的能力，引導(dǎo)學(xué)生從核外電子排布的角度理解元素性質(zhì)的周期性變化。最終達(dá)到讓學(xué)生更高層次理解“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)基本理念，感受元素周期表的魅力與強(qiáng)大。

筆者還將《必修2》的第二章化學(xué)鍵化學(xué)反應(yīng)與能量與選修《化學(xué)反應(yīng)原理》第一、二章的相關(guān)知識銜接。比如實現(xiàn)反應(yīng)所釋放能量向電能轉(zhuǎn)化的單液原電池銜接到盡可能減少副反應(yīng)發(fā)生的使反應(yīng)所釋放能量更加有效地向電能轉(zhuǎn)化的雙液原電池；影響化學(xué)反應(yīng)的限度和速率的外界條件由必修的定性結(jié)論到選修的定量分析、從必修的經(jīng)驗型化學(xué)向選修的理論性化學(xué)過渡，都促進(jìn)學(xué)生從多因素、定量的角度思考問題，對結(jié)論規(guī)律的理解記憶、分析問題解決問題的能力都有所鞏固和提高。

四、領(lǐng)悟之：黃沙吹盡始得金――遠(yuǎn)景展望

總而言之，在教與學(xué)的雙邊關(guān)系中，教師是這個過程中的引導(dǎo)者，學(xué)生是這個過程中的主體。教師與學(xué)生之間只有相互配合，很好的將必修教材與選修教材中有聯(lián)系的內(nèi)容進(jìn)行有效整合，充分利用多媒體，提升教學(xué)的有效性，才能真正引領(lǐng)高中化學(xué)課堂教學(xué)有效性得到全面的提升。筆者堅信，根據(jù)學(xué)生的實際情況控制教學(xué)的深度和廣度，在整合教學(xué)理念的運用之下，實現(xiàn)基礎(chǔ)知識與拔高知識的良好銜接及交融，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，真正實現(xiàn)高中化學(xué)教材新課改的目的，高中化學(xué)課堂教學(xué)定會綻放有效的花朵。

參考文獻(xiàn)：

[1]周鑫榮，高中化學(xué)新課程必修與選修的銜接教學(xué)，[J]，化學(xué)教育，2009年12期.

[2]張水m、左香華，從必修和選秀教材的銜接談高中化學(xué)的教學(xué)――以化學(xué)反應(yīng)的快慢和限度在必修和選修教材中的編制為例，[J]，化學(xué)教育，2006年11期.

篇4

關(guān)鍵詞：苯酚；探究性學(xué)習(xí)；教學(xué)設(shè)計

文章編號：1008-0546（2013）09-0064-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

新課程背景下的化學(xué)教育改革的基本思路之一就是提高學(xué)生科學(xué)探究的能力，使學(xué)生在知識和技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個方面都得到發(fā)展?！陡咧谢瘜W(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生“具有較強(qiáng)的問題意識，能夠發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學(xué)問題，敢于質(zhì)疑，勤于思索，逐步形成獨立思考的能力，善于與人合作，具有團(tuán)隊精神”，“發(fā)展學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，樂于探究物質(zhì)變化的奧秘，體驗科學(xué)探究的艱辛和喜悅，感受化學(xué)世界的奇妙與和諧”。[1]

《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》對探究的定義是：“探究是多層面的活動，包括觀察；提出問題；通過瀏覽書籍和其他信息資源發(fā)現(xiàn)什么是已經(jīng)知道的結(jié)論，制定調(diào)查研究計劃；根據(jù)實驗證據(jù)對已有的結(jié)論做出評價；用工具收集、分析、解釋數(shù)據(jù)；提出解答，解釋和預(yù)測；以及交流結(jié)果。探究要求確定假設(shè)，進(jìn)行批判的和邏輯的思考，并且考慮其他可以替代的解釋?！盵2]

綜合國內(nèi)外對探究性學(xué)習(xí)的定義，結(jié)合高中化學(xué)教學(xué)實際，我們認(rèn)為探究性學(xué)習(xí)是指：在動態(tài)、開放、主動、多元的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生在教師引導(dǎo)下，仿照科學(xué)探究的過程，發(fā)揮主觀能動性，學(xué)習(xí)科學(xué)內(nèi)容和技能，體驗、理解和應(yīng)用科學(xué)探究方法，培養(yǎng)科學(xué)健康的情感態(tài)度和價值觀的一種學(xué)習(xí)方式。探究性學(xué)習(xí)是實施素質(zhì)教育的最佳途徑，是新課程改革中的一個亮點。以“苯酚”為例嘗試探究性學(xué)習(xí)實踐如下：

一、 核心內(nèi)容教學(xué)價值分析

1. 課程標(biāo)準(zhǔn)對選修5《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》的教學(xué)要求

根據(jù)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本思想方法，設(shè)計苯酚的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的探究，并遷移到酚類的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，運用多種教學(xué)手段幫助學(xué)生對知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的能力。依據(jù)《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》模塊的功能定位，通過對苯酚課例的設(shè)計思路的分析，探討如何在課堂教學(xué)中落實科學(xué)探究，實現(xiàn)三維目標(biāo)。在教學(xué)中設(shè)計通過源于學(xué)生生活的情境設(shè)計，盡量把學(xué)生帶入真實的問題情境中，提出有效的問題，來激發(fā)學(xué)生的探究欲望，最后用實驗驗證苯酚的性質(zhì)。

2. 核心內(nèi)容的學(xué)科分析

醇和酚是重要的烴的含氧衍生物，都含有羥基官能團(tuán)。苯酚和醇的性質(zhì)有相似之處，又有不同之處，通過本節(jié)課的對比學(xué)習(xí)，學(xué)生對酚羥基和醇羥基的性質(zhì)將有一個更全面的認(rèn)識，理解官能團(tuán)的性質(zhì)與所處的化學(xué)環(huán)境有一定的相互影響，從而學(xué)會全面地看待問題，更深層次地掌握知識。

二、 核心內(nèi)容學(xué)生分析

1. 從知識層面看

在必修階段已經(jīng)具備有機(jī)化學(xué)基本的類別概念，知道一些典型有機(jī)物的性質(zhì)。在選修5第一、二章的學(xué)習(xí)過程中對官能團(tuán)決定有機(jī)物的化學(xué)性質(zhì)、基團(tuán)的相互影響都有了一定的認(rèn)識，但有待完善。

2. 從能力層面看

具備了一定的分析、解決問題的能力；設(shè)計分析簡單實驗的能力；對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一普遍規(guī)律比較熟悉，因此具有性質(zhì)預(yù)測的知識基礎(chǔ)，知道研究有機(jī)化合物的一般方法和流程，具備進(jìn)行探究活動的能力。

本節(jié)課授課對象是實驗班學(xué)生，他們樂于展示自我，生生交流、師生交流容易展開。但他們自主探究的意識、合作創(chuàng)新的精神還有一定程度欠缺，需要老師引導(dǎo)和支持。

三、 核心內(nèi)容學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展空間分析

經(jīng)歷探究過程以獲取理智能力的發(fā)展和深層次的情感體驗，建構(gòu)知識，掌握解決問題的方法，是探究學(xué)習(xí)要達(dá)到的三個目標(biāo)。其中經(jīng)歷探究過程顯然是最重要的，為確保能開展探究，就必須給學(xué)生充足的時間、空間和自由度，特別是苯酚的酸性的探究，盡可能使學(xué)生經(jīng)歷一個比較完整的探究過程?；瘜W(xué)課堂教學(xué)在模式上更加倡導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究、勤于動手的課堂氛圍，教師更加注重培養(yǎng)學(xué)生收集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。

四、三維教學(xué)目標(biāo)

（1）知識與技能：能認(rèn)出酚類的結(jié)構(gòu)特征；能描述苯酚的物理性質(zhì)；能書寫酚羥基弱酸性的相關(guān)化學(xué)方程式和離子方程式、苯酚與濃溴水的取代反應(yīng)化學(xué)方程式、知道苯與氯化鐵的顯色反應(yīng)并且能簡單應(yīng)用；能比較醇羥基和酚羥基的化學(xué)性質(zhì)差異，能比較苯與苯酚中苯環(huán)的化學(xué)性質(zhì)相似和差異，了解羥基對苯環(huán)的影響。

（2）過程與方法：通過對苯酚性質(zhì)學(xué)習(xí)，認(rèn)識有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系；通過苯酚與苯、醇的比較學(xué)習(xí)，培養(yǎng)猜想和預(yù)測能力和比較學(xué)習(xí)的思想；通過實驗活動，培養(yǎng)實驗?zāi)芰捅磉_(dá)能力；通過差異性比較，認(rèn)識基團(tuán)間的相互影響。

（3）情感態(tài)度價值觀：通過實驗體驗化學(xué)科學(xué)的學(xué)習(xí)方法；通過酚類物質(zhì)的應(yīng)用，認(rèn)識酚類物質(zhì)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用價值；通過工業(yè)含酚物質(zhì)排放引發(fā)的環(huán)境問題，養(yǎng)成關(guān)注環(huán)境，樹立良好的環(huán)保意識觀及安全使用化學(xué)品的觀念。

五、教學(xué)重點難點

重點：酚羥基的弱酸性、苯酚的取代反應(yīng)。

難點：羥基與苯環(huán)相互影響對苯酚性質(zhì)的影響，與醇、苯性質(zhì)比較的差異。

六、核心內(nèi)容的教學(xué)流程

七、核心內(nèi)容教學(xué)設(shè)計

1. 醇和酚結(jié)構(gòu)的比較

2. 苯酚物理性質(zhì)的學(xué)生活動與自主探究

[學(xué)生活動探究]

實驗1：觀察苯酚的顏色、狀態(tài)，聞一聞苯酚的氣味。

實驗2：在試管中加入少量水，逐漸加入苯酚晶體，不斷振蕩試管。繼續(xù)向上述試管中加入苯酚晶體至有較多量晶體不溶解，不斷振蕩試管，靜置片刻。（提醒同學(xué)實驗過程中接觸苯酚一定要注意安全及出現(xiàn)情況的處理方法）

實驗3：將上述試管放在水浴中加熱。從熱水浴中拿出試管，冷卻靜置。

實驗4：取少量苯酚于試管中，加入酒精溶液，充分振蕩。

3.苯酚化學(xué)性質(zhì)的學(xué)生活動與自主探究

[學(xué)生活動探究]閱讀苯酚軟膏使用說明書，找出體現(xiàn)苯酚化學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵詞，推測苯酚酸性

[藥品名稱]苯酚軟膏[性狀]本品為黃色軟膏；有苯酚特臭味。

[藥物組成]本品每克含主要成分苯酚0.02克。

[作用類別]本品為皮膚科用藥類非處方藥藥品。

[藥理作用]本品為消毒防腐劑，其作用機(jī)制是使細(xì)菌的蛋白質(zhì)發(fā)生凝固和變性。

[注意事項]1.避免接觸眼睛和黏膜。2.用后擰緊瓶蓋，當(dāng)藥品性狀發(fā)生改變時禁止使用，尤其是色澤變紅后。

[藥物相互作用]不能與堿性藥物并用。

[學(xué)生活動探究]如何設(shè)計實驗探究苯酚的酸性？記錄學(xué)生提出的實驗方案。

[學(xué)生活動探究]

實驗1：試管中取2mL苯酚溶液，滴加石蕊試劑，觀察現(xiàn)象。

實驗2：在試管中取2mL氫氧化鈉溶液，滴加2～3滴酚酞試液，再加入少量苯酚濁液，振蕩，觀察顏色變化。

實驗3：在兩支試管中分別加入2mL苯酚濁液，并分別向其中滴加碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液，充分振蕩，觀察并比較現(xiàn)象（注意觀察加鹽溶液的試管中是否有氣泡）

實驗4：取苯酚溶液2mL，邊振蕩邊逐滴加入氫氧化鈉溶液，至恰好澄清，再持續(xù)通入二氧化碳?xì)怏w（簡易裝置制備），溶液又變渾濁。

[學(xué)生小結(jié)]苯酚俗稱石炭酸，具有弱酸性，酸性介于碳酸和碳酸氫根離子之間。由于苯酚的酸性太弱，以至于不能使石蕊試劑變紅。

[學(xué)生活動探究]在濃溴水中逐滴加入苯酚稀溶液，并不斷振蕩，有白色沉淀生成。

[學(xué)生質(zhì)疑與討論]苯環(huán)能發(fā)生加成和取代反應(yīng)，推測該反應(yīng)是取代反應(yīng)還是加成反應(yīng)呢？請設(shè)計探究方案證明你的推測。

[學(xué)生活動探究]用電導(dǎo)率實驗測定苯酚與溴水反應(yīng)的導(dǎo)電性變化（或測定反應(yīng)前后的pH變化）。

[學(xué)生小結(jié)]對比苯和苯酚跟溴的反應(yīng)，苯和溴發(fā)生取代反應(yīng)的條件：用液態(tài)溴，并用鐵屑作催化劑，生成一元取代物。苯酚的取代反應(yīng)條件：溴水，不需要催化劑，生成三元取代物。學(xué)生分析酚羥基對苯環(huán)的影響。苯酚的上述反應(yīng)，靈敏而快速，并且產(chǎn)生三溴苯酚不溶于水，因此可以用于苯酚定性檢驗和定量測定。

[學(xué)生活動探究]苯酚與三氯化鐵溶液的顯色反應(yīng)。

[學(xué)生小結(jié)]這個反應(yīng)也能用來檢驗苯酚

4.學(xué)生分析含酚廢水處理工藝流程，回答相關(guān)問題，并總結(jié)本節(jié)課相關(guān)知識點

[學(xué)生展示圖片]苯酚和酚類物質(zhì)的制取和應(yīng)用。

[學(xué)生展示]人為非法排放酚類物質(zhì)造成水體等環(huán)境危害案例——說明酚類物質(zhì)的毒性。

[學(xué)生分析討論]含苯酚的工業(yè)廢水處理的流程圖如下：

八、教學(xué)反思

本節(jié)課從開始的知識回顧，到已有知識的遷移應(yīng)用，最后建立了新的知識體系，設(shè)計了“尊重認(rèn)知—豐富認(rèn)知—應(yīng)用認(rèn)知”的方法線。教師不僅要了解學(xué)生的認(rèn)知，還要通過不懈的努力不斷擴(kuò)大學(xué)生的認(rèn)知，才能更好地進(jìn)行新的教學(xué)，實現(xiàn)良性循環(huán)。反思整個教學(xué)過程，還有一些生成性的問題沒有解決，有待今后的思考和提高。總之，化學(xué)課堂教學(xué)在模式上應(yīng)該更加倡導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究、勤于動手的課堂氛圍，教師應(yīng)更加注重培養(yǎng)學(xué)生收集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】教材 教學(xué)方法 環(huán)境

升入高中后，由于教材、教學(xué)方法、環(huán)境等方面的因素，學(xué)生往往需要一個適應(yīng)期，而高一正是初中和高中的一個過渡年級，高一銜接的好壞將直接影響一個學(xué)生整個高中的學(xué)習(xí)，所以做好高一教學(xué)的銜接至關(guān)重要。所以如何做好初高中的銜接，是每一個高一老師都需要認(rèn)真考慮的問題。

我認(rèn)為化學(xué)這門功課要做好初、高中銜接著重需要注意下面三點：一是初高中教材的銜接；二是教學(xué)方法的銜接；三是學(xué)生學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)心理的銜接。

1 初高中教材的銜接

高一老師首先應(yīng)該認(rèn)真鉆研教材，熟悉初、高中全部教材的體系和內(nèi)容。明確哪些知識點在初中已經(jīng)基本解決；哪些知識點應(yīng)在初中解決而實際并未完全解決；哪些知識點在初中已解決，應(yīng)在高中拓寬和加深等。例如在初中，對于根據(jù)物質(zhì)組成進(jìn)行分類已經(jīng)講過，高一教師只需要強(qiáng)調(diào)酸、堿、鹽的定義，不需要花過多的時間；而對于原子中質(zhì)子、電子的計算大多數(shù)初中是不講的，所以在講物質(zhì)的量關(guān)于質(zhì)子、電子的計算時需要將這一內(nèi)容補(bǔ)充，告訴學(xué)生計算方法。又比如在講“物質(zhì)的分離和提純”時，對于過濾和結(jié)晶，初中化學(xué)已經(jīng)講過，大多同學(xué)已經(jīng)會的，只要一帶而過，而對于萃取和蒸餾初中根本沒講過，就需要詳細(xì)講。最好在剛進(jìn)入高一時搞一次摸底測驗，要全面了解學(xué)生學(xué)習(xí)的現(xiàn)實情況，做到心中有數(shù)。

另外要緊扣高中化學(xué)教學(xué)大綱，采用“集中復(fù)習(xí)”和“穿插復(fù)習(xí)”相結(jié)合的方法，做好知識的查漏補(bǔ)缺工作，以創(chuàng)造一個較為整齊的教學(xué)起點。對于學(xué)生在初中化學(xué)模棱兩可的知識一定要重新講透。在吃透大綱和教材，摸清學(xué)生思想、知識、能力等基本素質(zhì)情況和學(xué)習(xí)中的現(xiàn)實情況以后，再“對癥下藥”，采取有效措施，順利地做好了初、高中化學(xué)教學(xué)的銜接工作。當(dāng)然在初、高中教材銜接時還要注意把握時機(jī)和尺度，通過相關(guān)知識的銜接要讓學(xué)生能從更高層次上來準(zhǔn)確理解初中化學(xué)知識，力求做到對今后的高中化學(xué)學(xué)習(xí)有所幫助。

2 教學(xué)方法的銜接

初中化學(xué)的教學(xué)方法由于受到初中生知識水平及初中化學(xué)做為入門學(xué)科的限制，較多的采用灌輸式的講解方法，進(jìn)入高中時，教師要抓住學(xué)生生理從少年向青年轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)心理自“經(jīng)驗記憶型”的被動接收知識向“探索理解型”主動學(xué)習(xí)知識的轉(zhuǎn)變時期，在教學(xué)方法上則應(yīng)更多地采取啟發(fā)式，啟發(fā)學(xué)生主動地進(jìn)行學(xué)習(xí)、引導(dǎo)學(xué)生從本質(zhì)上理解所學(xué)內(nèi)容。改進(jìn)教學(xué)方法，善用啟發(fā)式教學(xué)。例如，學(xué)生在剛剛接觸“物質(zhì)的量”這一知識點時，都會感覺難，而且不能理解，這是老師應(yīng)該從一個微粒向1mol去啟發(fā)，由少到多，讓學(xué)生逐步理解，直到最后開竅弄懂。又如，在講“二氧化硫的性質(zhì)“時，可以由二氧化硫作為酸性氧化物性質(zhì)與二氧化碳相似，啟發(fā)同學(xué)們自己寫出二氧化硫的一些化學(xué)方程式。這樣，不僅有助于復(fù)習(xí)前面的內(nèi)容，還利于學(xué)生理解二氧化硫的性質(zhì)。

除了啟發(fā)式教學(xué)，還要充分利用教材上的圖表、演示實驗、教學(xué)模型等直觀材料，結(jié)合當(dāng)前社會熱點，讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)與社會、化學(xué)與生活、化學(xué)與經(jīng)濟(jì)等有著重要的聯(lián)系，以此培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。例如講授“硫酸”時，可利用投影介紹有關(guān)環(huán)境污染的嚴(yán)重為危害、環(huán)境保護(hù)的重要性及我國的有關(guān)環(huán)境政策；而在講有機(jī)化學(xué)知識的時候應(yīng)注意結(jié)合球棍模型，讓學(xué)生通過直觀材料理解有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的異同。

3 學(xué)生學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)心理的銜接

課堂上教學(xué)生學(xué)會某些知識，是為了課外學(xué)生會學(xué)更多的知識。學(xué)生學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)應(yīng)貫穿于教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中，應(yīng)結(jié)合課本各內(nèi)容給學(xué)生各種知識予具體指導(dǎo)。但不管什么方法也比不上興趣這個最好的老師。高一老師要在摸清高一新生的心理變化情況和素質(zhì)情況后，盡可能地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，發(fā)展良好的思維能力。良好的學(xué)習(xí)興趣是求知欲的源泉，是思維的動力，也是提高高中化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。高一新生正處于不成熟向逐步成熟的過渡階段。一個實驗、一個人、一件事、一本書都可激發(fā)起他們心中的熱情。如在進(jìn)行無機(jī)元素化合物知識的講解時，如果結(jié)合一些適當(dāng)?shù)难菔緦嶒灒瑢τ谝恍┖唵蔚膶嶒炦€可以讓學(xué)生自己動手操作，這樣會讓學(xué)生對化學(xué)越來越有興趣。另外，在講授時注意結(jié)合一些實際的例子，同樣也會吸引學(xué)生。比如，我們在講氯氣、二氧化硫等有毒氣體時，可以設(shè)計一個小的情景：假設(shè)氣體發(fā)生泄漏，你應(yīng)該如何逃生？并且可以現(xiàn)場演示，這樣不僅教會學(xué)生知識，而且可以增強(qiáng)他們應(yīng)對危險的能力，同時也可以讓他們喜歡上化學(xué)課，對化學(xué)越來越有興趣。因此，在化學(xué)教學(xué)中要發(fā)揮各種優(yōu)勢，使學(xué)生一開始就“迷”上化學(xué)，并將學(xué)習(xí)興趣轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)的動力。除此之外，老師也要注意加強(qiáng)自身修養(yǎng)，用自己的人格魅力去感召學(xué)生，讓學(xué)生喜歡你，從而喜歡你的課。

初中學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的方法主要是記憶、重現(xiàn)、簡單模仿。這種較為機(jī)械、死板的方法不僅容易遺忘，而且也不能適應(yīng)高中注重能力及創(chuàng)新的要求。高一教師有責(zé)任指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，改死記硬背的記憶方法為理解后記憶，對于同類型的物質(zhì)注意比較，有的只要記一類，這樣不僅節(jié)省時間，還不易遺忘，這樣也便于學(xué)生適應(yīng)高中化學(xué)的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)方法的正確與否是決定能否學(xué)好化學(xué)的重要一環(huán)。當(dāng)然，學(xué)生學(xué)習(xí)方法的轉(zhuǎn)變是一項艱苦的勞動，要有一個逐步適應(yīng)的過程，決不能操之過急。在高一對學(xué)生鋪設(shè)的問題臺階不要一下子就很高，要使他們能上得去，以防發(fā)生兩極分化。要通過耐心細(xì)致的引導(dǎo)，教會學(xué)生從比較中學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)相似，尋求規(guī)律，逐步培養(yǎng)思維的敏捷性和嚴(yán)密性。在做和練中，不斷找出好的學(xué)習(xí)方法。

古人說：授人以魚，只備一飯之需；授人以漁，則可終生受用。教學(xué)生如何學(xué)習(xí)，使學(xué)生能有效、正確地進(jìn)行各種知識及技能的學(xué)習(xí)是授人以漁之舉，也是高一老師的責(zé)任，也是對高一老師能力的考驗。

高一一年與初中教學(xué)各方面的銜接問題，應(yīng)是相輔相成、互為促進(jìn)的。在教學(xué)實踐中要重視其內(nèi)在聯(lián)系。特別是要寓學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)于課堂教學(xué)中，能力培養(yǎng)要貫穿于整個教學(xué)過程中，這樣才能做到事半功倍，也有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

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關(guān)鍵詞 空氣理化檢驗 PM2.5 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著我國的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，以煤炭為主的能源消耗大幅攀升，機(jī)動車保有量急劇增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)氮氧化物（NO）和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）排放量顯著增長，臭氧（O3）和可入肺顆粒物（PM2.5）污染加劇，京津冀、長江三角洲、珠江三角洲等區(qū)域 PM2.5 和 O3 污染加重，灰霾現(xiàn)象頻繁發(fā)生，能見度降低。為進(jìn)一步完善環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測與評價工作，改進(jìn)環(huán)境質(zhì)量評估辦法，努力消除公眾主觀感受與監(jiān)測評價結(jié)果不完全一致的現(xiàn)象，環(huán)保部對執(zhí)行了11年的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及其評價方法進(jìn)行了新一輪修訂?！董h(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—2012） （以下簡稱“新標(biāo)準(zhǔn)”），調(diào)整了污染物項目及限值，增設(shè)了PM2.5 平均濃度限值和O3 八小時平均濃度限值，收緊了PM10 等污染物的濃度限值，收嚴(yán)了監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計的有效性規(guī)定，更新了污染物項目的分析方法。

目前，我們使用的是2006年出版的全國高等醫(yī)藥教材建設(shè)研究會和衛(wèi)生部教材辦公室于2005年開始組織編寫的國內(nèi)第一套供衛(wèi)生檢驗專業(yè)使用，并于2006年出版的規(guī)劃教材《空氣理化檢驗》，其中檢測技術(shù)和方法大部分是國內(nèi)外常用的標(biāo)準(zhǔn)方法，但這些標(biāo)準(zhǔn)方法隨著新問題、新設(shè)備、新技術(shù)的出現(xiàn)而不斷變化。因此，教材中有些內(nèi)容難免滯后，要求我們在進(jìn)行課堂設(shè)計時將有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的變化及學(xué)科發(fā)展動態(tài)納入教學(xué)，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及更新教學(xué)內(nèi)容。筆者對比研究了新舊標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)將有關(guān)環(huán)境空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)下的《空氣理化檢驗》教學(xué)內(nèi)容調(diào)整的建議歸納如下，也可為新一版的教材修訂工作提供一些建議：

1 需要引入空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）的概念

2006版《空氣理化檢驗》教材中，第一章第二節(jié)中，提到一個重要概念：空氣污染指數(shù)（air pollution index， API），是表示空氣綜合質(zhì)量狀況的指標(biāo)，是將常規(guī)監(jiān)測的集中空氣污染物濃度簡化成為但一定概念性指數(shù)值形式，并分級表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況，適合于表示城市的短期空氣質(zhì)量狀況和變化趨勢。并指出PM10、SO2、NO2、CO和O3為所選擇的評價因子，其中PM10、SO2、NO2為必測因子；我國空氣污染指數(shù)可分為五級（優(yōu)、良好、輕度污染、較差和重度污染）。而2012年2月29日新頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行） 》（HJ633—2012）中，提出了新的定量描述空氣質(zhì)量狀況的無量綱指數(shù)的指標(biāo)：空氣質(zhì)量指數(shù)（air quality index， AQI）。且AQI所選擇則的評價因子較多且AQ1分為六級（優(yōu)、良、輕度污染、中度污染、重污染、嚴(yán)重污染）。因此在教學(xué)中，為適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)，教師需要對比講解 API 與 AQI，包括兩者的概念、范疇與區(qū)別，讓學(xué)生對我國日益嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目諝赓|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有深刻的認(rèn)識。

2 澄清各類空氣顆粒物的概念

2006版 《空氣理化檢驗》教材中，編者羅列了多種空氣顆粒物的分類標(biāo)準(zhǔn)（第五章，第六節(jié)），然而不同分類標(biāo)準(zhǔn)中卻存在混淆不清的情況。如：在教材106頁，提到根據(jù) ISO 和我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，可吸入顆粒物和PM10的定義一致，即懸浮在空氣中，空氣當(dāng)量直徑 ≤10%em 的顆粒物；在可吸入顆粒物（PM10）的測定這一節(jié)中，又提到測定的是空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑

2008年我國開始對《國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095- 1996）及其修改單進(jìn)行修訂，最終在《國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）中規(guī)定三項顆粒物術(shù)語：總懸浮顆粒物（TSP）指能懸浮在空氣中，空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑 ≤100微米的顆粒物；將可吸入顆粒物規(guī)定為顆粒物（粒徑小于等于10微米），英文名稱為particulate matter（PM10）；將細(xì)顆粒物（PM2.5）規(guī)定為顆粒物（粒徑小于等于2.5微米），英文名稱為particulate matter（PM2.5）。同時，規(guī)定 PM10指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤10 微米的顆粒物，PM2.5指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5微米的顆粒物。因此筆者建議在實際教學(xué)中，可依照新的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行講解，以免學(xué)生混淆理解。

3 增加PM2.5概述及檢測技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市大氣污染日益嚴(yán)重，以PM2.5為特征的二次污染呈加劇態(tài)勢，由于PM2.5來源復(fù)雜，呈多污染源疊加的復(fù)合型污染特征，導(dǎo)致各地區(qū)空氣能見度降低，地面臭氧濃度升高，大氣氧化性增強(qiáng)，灰霾天頻率上升，集群現(xiàn)象又加劇了污染物在城市間的擴(kuò)散，最終使大氣污染由傳統(tǒng)、單一的煤煙型污染向多種污染物共存、相互影響、相互交織的復(fù)合型大氣污染轉(zhuǎn)變，呈冬春灰霾、夏季臭氧、春夏灰霾和臭氧并存的污染格局。

在《國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）中，我國2012年制定了PM2.5的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，指出相應(yīng)的手工分析方法為重量法，自動分析方法為微量震蕩天平法，%[射線法。然而，我國對PM2.5 的PM2.5監(jiān)測、控制工作尚處于起步階段，2006 版的教材中，有關(guān)PM2.5的內(nèi)容也涉及很少。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對PM2.5這一熱點問題非常重視，因此在教學(xué)中，應(yīng)該增加有關(guān)PM2.5的內(nèi)容，特別是補(bǔ)充PM2.5檢測技術(shù)的內(nèi)容。

4 加強(qiáng)自動監(jiān)測分析的內(nèi)容

新標(biāo)準(zhǔn)中將各類污染的分析方法明確劃分為手工分析方法和自動分析方法兩類.并新增二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、一氧化碳、臭氧、PM10、PM2.5氮氧化物的自動分析方法，所應(yīng)用的自動分析技術(shù)有：紫外熒光法、化學(xué)發(fā)光法、差分吸收管光譜分析法、氣體濾波相關(guān)紅外吸收法、非分散紅外吸收法、微量震蕩天平法、%[射線法。2006 版的教材中，針對自動檢測技術(shù)僅用較小的篇幅（第八章第六節(jié)：空氣質(zhì)量自動檢測技術(shù)簡介）介紹了幾種空氣質(zhì)量自動監(jiān)測儀器的原理，并未對具體的檢測方法進(jìn)行講解，因此，在實際教學(xué)中，應(yīng)該加強(qiáng)自動監(jiān)測分析的內(nèi)容。

5 結(jié)語

此上僅就空氣理化檢驗課程的教學(xué)改革提出一些淺見。環(huán)境空氣日益惡化，相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也日益收緊，檢測技術(shù)也日新月異，因此，針對空氣理化檢驗這門理論和實踐并重的專業(yè)課程，要取得好的教學(xué)效果，需要任課教師不僅精通該門課程涉及的教學(xué)內(nèi)容，還需要在教學(xué)過程中不斷更新教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)出知識面寬、基礎(chǔ)扎實、操作技能強(qiáng)的能滿足社會要求的實用及創(chuàng)新型人才。

東莞市科技計劃項目：2011108102022，廣東醫(yī)學(xué)院教育教學(xué)研究課題 JY1243的資助

參考文獻(xiàn)

[1] 環(huán)境保護(hù)部.GB 3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

[2] 呂昌銀.空氣理化檢驗[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2006.

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關(guān)鍵詞：生物炭；蔬菜；重金屬污染；環(huán)境污染；食品安全

近年來，由于采礦冶煉、污水灌溉、塑料薄膜的大量使用、農(nóng)藥和化肥的過量施用、汽車尾氣及生活垃圾的不斷排放，土壤和水體中的重金屬污染日益加劇。環(huán)境中的重金屬可以通過各種途徑進(jìn)入作物和人體內(nèi)并富集，使人產(chǎn)生頭暈、貧血、精神錯亂、代謝紊亂等癥狀，且重金屬有致癌作用，對人類的健康有極大威脅。目前，我國一些蔬菜、糧食種植區(qū)正遭受著重金屬污染的威脅，農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)事件屢見不鮮。研究如何凈化土壤和水體，減少重金屬元素在陸生和水生植物體內(nèi)的累積愈來愈成為國內(nèi)外的科研熱點。當(dāng)前，國內(nèi)外都在積極尋找有效的重金屬修復(fù)方法，如卓有成效的電動修復(fù)、植物修復(fù)、生物降解法等，但是各種措施也都有各自的局限性。

生物炭是生物質(zhì)通過熱裂解的方法在缺氧或者低氧條件下制備的一種富含孔隙結(jié)構(gòu)、含碳量高的碳化物質(zhì)[1]，其性質(zhì)優(yōu)良，具有較好的農(nóng)用效益和環(huán)境污染修復(fù)潛力，已有研究表明，生物炭能夠直接或者間接地降低土壤中重金屬的生物有效性，因此有關(guān)將生物炭應(yīng)用于重金屬污染土壤的生態(tài)修復(fù)引起了廣泛的關(guān)注。制備生物炭的原料來源廣泛，農(nóng)林業(yè)廢棄物如木材、秸稈、果殼及有機(jī)廢棄物等都可以作為原料[2，3]，同時，其具有碳封存的潛力，因而生物炭的應(yīng)用可作為我國農(nóng)林廢棄物資源化利用的有效途徑。全球已舉辦過多次有關(guān)生物炭的會議，并成立了許多生物炭協(xié)會、學(xué)會、相關(guān)企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)，其中最著名的機(jī)構(gòu)是國際生物炭協(xié)會（International Biochar Initiative，IBI）?？傊?，作為一種新型環(huán)境功能材料，生物炭在作物安全生產(chǎn)方面正展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛能。本文概括性地介紹了蔬菜重金屬污染的現(xiàn)狀和目前用于治理重金屬污染的各項措施，通過綜述生物炭的特性及其在重金屬污染治理上的研究應(yīng)用進(jìn)展，展望了生物炭在減少蔬菜重金屬污染、提高蔬菜產(chǎn)量、質(zhì)量和安全性方面的應(yīng)用潛力以及尚待解決的關(guān)鍵問題，為生物炭應(yīng)用于蔬菜的安全生產(chǎn)提供有力的理論支持和實踐參考。

1 蔬菜重金屬污染現(xiàn)狀

重金屬在化學(xué)上是指密度大于4.5 g/cm3的約46種金屬元素。環(huán)境污染上所說的重金屬是指鉻（Cr）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）以及類金屬砷（As）等生物毒性顯著的金屬，即重金屬“五毒”。重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染稱為重金屬污染。近年來，隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，大量重金屬污染物通過各種途徑進(jìn)入土壤、水體和大氣中，土壤和水體重金屬污染引起的蔬菜及其他農(nóng)作物重金屬超標(biāo)問題日益成為影響人類生活質(zhì)量、威脅人類健康的環(huán)境和社會問題。研究結(jié)果表明，蔬菜重金屬污染主要是人為因素所致，重金屬可經(jīng)由各種路徑進(jìn)入人體內(nèi)（圖1）。

隨著生活水平的提高，人們對無公害蔬菜、綠色食品的呼聲越來越高。為使蔬菜產(chǎn)業(yè)向著高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的方向發(fā)展，很多設(shè)施菜地、無土栽培技術(shù)、有機(jī)生態(tài)農(nóng)業(yè)等已在全國各地蓬勃發(fā)展。其中，作為無公害蔬菜和綠色蔬菜的評價指標(biāo)之一，重金屬含量在生產(chǎn)基地、生產(chǎn)過程和產(chǎn)品中都有嚴(yán)格的限定標(biāo)準(zhǔn)。無土栽培基質(zhì)也較容易受到重金屬污染，如李靜等[4]發(fā)現(xiàn)煤渣是引起基質(zhì)重金屬含量超標(biāo)的主要因素，通過尋找理想的無土栽培基質(zhì)來解決重金屬超標(biāo)問題，也是無公害蔬菜生產(chǎn)的重要任務(wù)。

1.1 蔬菜重金屬污染為害及研究現(xiàn)狀

世界各國都存在不同程度的重金屬污染，如日本20世紀(jì)50年生的水俁?。ü廴荆⒐峭床。ㄦk污染），防治重金屬環(huán)境污染已成為一個刻不容緩的世界性課題[5]。我國的重金屬污染問題較為嚴(yán)峻，國家環(huán)保部數(shù)據(jù)顯示，2009年重金屬污染事件致使4 035人血鉛超標(biāo)、182人鎘超標(biāo)，引發(fā)32起[6]，其中的典型案例有陜西寶雞市鳳翔縣長青鎮(zhèn)的血鉛超標(biāo)事件、湖南瀏陽市湘和化工廠鎘污染事件等[7]。仲維科等[8]研究發(fā)現(xiàn)，按食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，我國各主要大中城市郊區(qū)的蔬菜都存在一定的重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，其中Cd、Hg、Pb的污染尤為明顯。迄今為止，國內(nèi)已對北京、上海、天津、貴陽、大同、蚌埠、成都、壽光、哈爾濱、福州、長沙等大中城市郊區(qū)菜園土壤及蔬菜中重金屬污染狀況進(jìn)行過較為系統(tǒng)的調(diào)查研究。蔬菜農(nóng)藥殘留和重金屬超標(biāo)問題已成為我國發(fā)展蔬菜出口中的憂中之憂。隨著中國加入WTO，蔬菜出口面臨著巨大的綠色壁壘[9] 。

國內(nèi)外眾多學(xué)者對蔬菜的重金屬污染問題進(jìn)行了研究，其中對十多種陸生和水生蔬菜的鎘、銅、鋅、鉛、汞、鎳、鉻及砷等重金屬的為害進(jìn)行了分析研究。土壤中的重金屬元素通過抑制植物細(xì)胞的分裂和伸長、刺激和抑制一些酶的活性、影響組織蛋白質(zhì)合成、降低光合作用和呼吸作用、傷害細(xì)胞膜系統(tǒng)，從而影響農(nóng)作物的生長和發(fā)育。王林等[10，11]先后研究了Cd、Pb及其復(fù)合污染對茄果類蔬菜辣椒和根莖類蔬菜蘿卜生理生化特性的影響，發(fā)現(xiàn)辣椒的生長發(fā)育、氮代謝、膜系統(tǒng)、根系和光合系統(tǒng)都受到一定的傷害，蘿卜的生理生化指標(biāo)也受到明顯抑制，細(xì)胞膜透性顯著升高，并且Cd、Pb復(fù)合污染的毒害作用始終比單一污染強(qiáng)，說明Cd、Pb復(fù)合污染表現(xiàn)為協(xié)同作用。他們的研究結(jié)果與秦天才等[12]研究的Cd、Pb及其復(fù)合污染對葉菜類蔬菜小白菜的影響結(jié)果一致，小白菜除出現(xiàn)植株矮化、失綠和根系不發(fā)達(dá)等直接毒害表現(xiàn)外，還出現(xiàn)葉綠素含量降低、抗壞血酸分解、游離脯氨酸積累、硝酸還原酶活性受到抑制等現(xiàn)象。

1.2 陸生蔬菜地重金屬污染現(xiàn)狀

蔬菜是易受重金屬污染的作物之一，對重金屬的富集系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他農(nóng)作物，因此蔬菜重金屬污染問題更加突出。目前全國主要大中城市的菜地土壤和蔬菜重金屬污染的狀況已基本掌握[13]。土壤和蔬菜中重金屬污染以砷、鉻、鎘、汞、鉛、銅（Cu）、鎳（Ni）、鋅（Zn）等為主。一般對同一類蔬菜來說，Cu、Cd、Zn為高富集元素，Hg、As、Cr為中等富集元素，Ni、Pb為低富集元素[14]。其中，城市中的礦區(qū)周圍、污灌地和交通干線兩側(cè)農(nóng)田的重金屬污染程度較嚴(yán)重，蔬菜中的重金屬含量超標(biāo)更為嚴(yán)重。黃紹文等[15]研究發(fā)現(xiàn)，河北定州市北城區(qū)東關(guān)村城郊公路邊菜田土壤Cu、Zn、Pb 和Cd總量和韭菜可食部分Pb含量總體上均隨與公路距離的增加呈降低的趨勢。而且，不同的土壤類型，其有機(jī)質(zhì)含量、孔隙度、酶活性、pH值、CEC值（Cation exchange capacity，陽離子交換量）等理化特性不同，直接影響重金屬在土壤中的遷移與固定，從而影響蔬菜對其的吸收與富集[16]。一般認(rèn)為土壤膠體帶負(fù)電荷，而絕大多數(shù)金屬離子帶正電荷，所以土壤pH值越高，金屬離子被吸附的越多，進(jìn)入蔬菜體內(nèi)的越少。土壤中的腐殖質(zhì)能提供大量的螯合基團(tuán)，對很多重金屬元素有較強(qiáng)的固定作用，使進(jìn)入蔬菜中的重金屬減少。因此，我們可以依據(jù)不同蔬菜對不同重金屬的富集差異以及不同的土壤條件選擇相應(yīng)的蔬菜類別，合理布局種植地，也可以通過施用土壤改良劑、有機(jī)肥等改善土壤理化性質(zhì)，降低重金屬離子的活性，從而減輕重金屬的污染。

1.3 水生蔬菜重金屬污染現(xiàn)狀

水生蔬菜通常是指生長在淡水中、產(chǎn)品可作蔬菜食用的維管束植物。我國是眾多水生蔬菜的發(fā)源地，栽培歷史悠久，主要包括蓮藕、茭白、荸薺、水芹、慈姑、莼菜、芡實、菱、水芋等[17]。作為我國的特產(chǎn)蔬菜，水生蔬菜已成為農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)中的重要組成部分[18]，國內(nèi)現(xiàn)有栽培面積有66.7萬hm2以上，主要集中在長江流域、珠江流域和黃河流域，我國水生蔬菜栽培面積和總產(chǎn)量均居世界前列。我國也是世界水生蔬菜的主要生產(chǎn)國和出口國，全國已有眾多特色鮮明的水生蔬菜基地[19，20]。

相對陸生蔬菜而言，水生植物不僅可以從根部攝入重金屬，而且因其維管組織、通氣組織發(fā)達(dá)，更容易從生長環(huán)境中吸收或轉(zhuǎn)移重金屬元素，并長久的富集于體內(nèi)。國家食品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水生蔬菜產(chǎn)品重金屬最大限度As、Pb、Hg、Cd、Cr分別為0.5、0.2、0.01、0.05、0.5 mg/kg，和其他蔬菜作物相同[19]。水生蔬菜各器官對重金屬的吸收也受多種因素影響，如環(huán)境中重金屬濃度、重金屬的有效性、水體富營養(yǎng)化以及不同水生蔬菜對各重金屬元素特有的富集特性等[21]。如許曉光等[22]研究發(fā)現(xiàn)，隨著Cd、Pb濃度的增加，蓮藕各器官的重金屬累積量也相應(yīng)增多，并且隨著生長期的延長，蓮藕各器官中Cd、Pb含量逐漸增加。但是，由于蔬菜、重金屬和土壤類型不同，生長環(huán)境條件、重金屬性質(zhì)與含量不同以及重金屬的存在形態(tài)、復(fù)合污染等種種復(fù)雜因素，使得重金屬的為害呈現(xiàn)出復(fù)雜性，例如不同蔬菜對同種重金屬、同種蔬菜對不同重金屬以及同種蔬菜的不同器官中對重金屬的吸收和累積均存在著差異。李海華等[23]檢測了Cd在12種糧食和蔬菜作物不同器官的含量后發(fā)現(xiàn)，除了蘿卜，Cd在其他作物的根部中含量是最高的；不同種類重金屬在蓮藕各器官中的累積量也不同，如Cd含量為匍匐莖>荷葉>藕>荷梗，而Pb含量為匍匐莖>荷梗>藕>荷葉，這些研究為我們有效控制水生蔬菜重金屬污染提供了可靠的依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。

2 土壤重金屬污染治理及其研究進(jìn)展

目前，國內(nèi)外治理土壤重金屬污染的主要措施包括工程措施、物理修復(fù)措施、化學(xué)修復(fù)措施、生物修復(fù)措施以及農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)措施。

①工程措施 主要包括客土、換土、去表土、排土和深耕翻土等措施，其中排土、換土、去表土、客土被認(rèn)為是4種治本的好方法。工程措施具有效果徹底、穩(wěn)定等優(yōu)點，但是工程量大、費用高，破壞原有土體結(jié)構(gòu)，引起土壤肥力下降，并有遺留污土的問題。

②物理修復(fù)措施 主要有電動修復(fù)和電熱修復(fù)等。前者是在電場的各種電動力學(xué)效應(yīng)下，使土壤中的重金屬離子和無機(jī)離子向電極區(qū)運輸、集聚，然后進(jìn)行集中處理或分離[24]；后者是利用高頻電壓產(chǎn)生的電磁波和熱能對土壤進(jìn)行加熱，使污染物從土壤顆粒內(nèi)解吸并分離出來，從而達(dá)到修復(fù)的目的。此兩種方法都是原位修復(fù)技術(shù)，不攪動土層，并縮短修復(fù)時間，但是操作復(fù)雜，成本較高?，F(xiàn)在，一些發(fā)達(dá)國家還在污染嚴(yán)重地區(qū)試行玻璃化技術(shù)、挖土深埋包裝技術(shù)、固化技術(shù)等，但是限于成本高等原因，普及率不高。

③化學(xué)修復(fù)措施 目前常用的是施用改良劑（抑制劑、表面活性劑、重金屬拮抗劑等）、淋洗、固化、絡(luò)合提取等。施用改良劑主要通過對重金屬的吸附、氧化還原、拮抗或沉淀作用，來降低重金屬的生物有效性。淋洗法是用清水淋洗液或含有化學(xué)助劑的水溶液淋洗被污染的土壤。固化技術(shù)是將重金屬污染的土壤按一定比例與固化劑混合，經(jīng)熟化后形成滲透性低的固體混合物。絡(luò)合提取是使試劑和土壤中的重金屬作用，形成可溶性重金屬離子或金屬-試劑絡(luò)合物，最后從提取液中回收重金屬并循環(huán)利用提取液。化學(xué)修復(fù)是在土壤原位上進(jìn)行的，簡單易行，但不是永久性修復(fù)，它只改變了重金屬在土壤中的存在形態(tài)，重金屬元素仍保留在土壤中，容易被再度活化，不適用于污染嚴(yán)重區(qū)[25]。

④生物修復(fù)技術(shù) 主要集中在植物和微生物兩方面。國內(nèi)對植物修復(fù)研究較多，動物修復(fù)也有涉及，而國外在微生物修復(fù)方面研究較多。植物修復(fù)技術(shù)是近年來比較受關(guān)注的有效修復(fù)技術(shù)，根據(jù)其作用過程和機(jī)理又分為植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定3種類型[26]。a.植物提取，即利用重金屬超累積植物從土壤中吸收重金屬污染物，隨后收割植物地上部分并進(jìn)行集中處理，連續(xù)種植該植物以降低或去除土壤中的重金屬；b.植物揮發(fā)，其機(jī)理是利用植物根系吸收重金屬，將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)揮發(fā)到大氣中，以降低土壤重金屬污染；c.植物穩(wěn)定，利用耐重金屬植物或超累積植物降低重金屬的活性，其機(jī)理主要是通過金屬在根部的積累、沉淀或利用根表吸收來加強(qiáng)土壤中重金屬的固化。

微生物修復(fù)技術(shù)的主要作用原理有5種類型。

a.通過微生物的各種代謝活動產(chǎn)生多種低分子有機(jī)酸直接或間接溶解重金屬或重金屬礦物；b.通過微生物氧化還原作用改變變價金屬的存在狀態(tài)；c.通過微生物胞外絡(luò)合、胞外沉淀以及胞內(nèi)積累實現(xiàn)對重金屬的固定作用；d.微生物細(xì)胞壁具有活性，可以將重金屬螯合在細(xì)胞表面；e.微生物可改變根系微環(huán)境，提高植物對重金屬的吸收、揮發(fā)或固定效率，輔助植物修復(fù)技術(shù)發(fā)揮作用。

但生物修復(fù)受氣候和環(huán)境的影響大，能找到的理想重金屬富集植物比較少，并且這類植物的生長量一般較小，修復(fù)周期長，很難有實際應(yīng)用價值[27]。

⑤農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù) 包括農(nóng)藝修復(fù)和生態(tài)修復(fù)兩方面。前者主要指改變耕作制度、調(diào)整作物品種，通過種植不進(jìn)入食物鏈的植物等措施來減輕土壤重金屬污染；后者主要是通過調(diào)節(jié)土壤水分、養(yǎng)分、pH值和氧化還原狀況等理化性質(zhì)及氣溫、濕度等生態(tài)因子，對重金屬所處的環(huán)境進(jìn)行調(diào)控。但是此修復(fù)方式易受土壤性質(zhì)、水分條件、施肥狀況、栽培方式以及耕作模式等情況的影響，結(jié)果有很大的不確定性[25]。

國內(nèi)現(xiàn)階段對土壤重金屬污染治理采用較多的措施是施用化學(xué)改良劑、生物修復(fù)、增施有機(jī)肥等。國外對改良、治理重金屬污染土壤較先進(jìn)的方法主要有固定法、提取法、生物降解法、電化法、固化法、熱解吸法等。盡管這些方法都具有一定的改良效果，但都有局限性。土壤重金屬污染的治理依然任重而道遠(yuǎn)，如何阻止蔬菜、糧食作物吸收的重金屬通過食物鏈富集到人體成為亟待解決的焦點問題。

3 生物炭的特性及其修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展

3.1 生物炭及其特性

①生物炭（Biochar）定義 生物炭是生物質(zhì)熱解的產(chǎn)物。由于生物炭的廣泛性、可再生性和成本低廉，加上生物炭本身的優(yōu)良特性，使其在土壤改良和污染修復(fù)上體現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。國內(nèi)外對生物炭的科學(xué)研究真正始于20世紀(jì)90年代中期[3]，目前對生物炭并沒有一個統(tǒng)一固定的概念，但是國內(nèi)外文獻(xiàn)中生物炭的定義中包括生物質(zhì)、缺氧條件（或不完全燃燒）、熱解、含碳豐富、芳香化、穩(wěn)定固態(tài)、多孔性等諸多關(guān)鍵詞[28～35]，這些關(guān)鍵詞反映了生物炭的來源、制備條件和方式、結(jié)構(gòu)特征。而國際生物炭倡導(dǎo)組織在定義中指定了其添加到土壤中在農(nóng)業(yè)和環(huán)境中產(chǎn)生的有益功能，強(qiáng)調(diào)其生物質(zhì)原料來源和在農(nóng)業(yè)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用，主要包括應(yīng)用于土壤肥力改良、大氣碳庫增匯減排以及受污染環(huán)境修復(fù)。

②生物炭特性 a.孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，具有較大的比表面積和較高的表面能[36]。不同材料、不同裂解方式產(chǎn)生的生物炭的比表面積差別很大[37～39]，較高的熱解溫度有利于生物炭微孔結(jié)構(gòu)的形成。張偉

明[40]通過比較花生殼、水稻秸稈、玉米芯以及玉米秸稈4種材質(zhì)在炭化前后的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)炭化后所形成的碳架結(jié)構(gòu)保留了原有主體結(jié)構(gòu)，但比原有結(jié)構(gòu)更為清晰、明顯。原有生物炭的部分不穩(wěn)定、易揮發(fā)的結(jié)構(gòu)在熱解過程中逐漸消失或形成微小孔隙結(jié)構(gòu)。陳寶梁等[41]用橘子皮在不同熱解溫度下制備得到生物炭，經(jīng)過元素分析、BET-N2表面積、傅里葉變換紅外光譜法測試，對比生物炭的組成、結(jié)構(gòu)，并結(jié)合其結(jié)構(gòu)分析生物炭對有機(jī)污染物的作用。

b.表面官能團(tuán)主要包括羧基、羰基、內(nèi)酯、酚羥基、吡喃酮、酸酐等，并具有大量的表面負(fù)電荷以及高電荷密度[42]，構(gòu)成了生物炭良好的吸附特性，能夠吸附水、土壤中的金屬離子及極性或非極性有機(jī)化合物。但是生物炭的表面官能團(tuán)也會隨熱解溫度的變化而不同。陳再明等[43]研究發(fā)現(xiàn)，水稻秸稈的升溫裂解過程是有機(jī)組分富碳、去極性官能團(tuán)的過程，隨著裂解溫度的升高，一些含氧官能團(tuán)逐漸消失，這與其他生物質(zhì)制備炭的過程一致[41，44]。

c.pH值較高。生物炭中主要含有C（含量可達(dá)38%～76%）、H、O、N 等元素，同時含有一定的礦質(zhì)元素[45]，如Na、K、Mg、Ca等以氧化物或碳酸鹽的形式存在于灰分中，溶于水后呈堿性，加上其表面的有機(jī)官能團(tuán)可吸收土壤中的氫離子，添加到土壤中可提高土壤的pH值，Yuan等[46]研究證明，生物炭能夠顯著地提高酸性土壤的pH值，增加土壤肥力，因而可用于酸性土壤的改良。但一般來說，生物炭的pH值取決于其制備的原料[45]，如灰分含量較高的畜禽糞便制成的生物炭比木炭或秸稈炭有更高的pH值。此外，裂解溫度越高，pH值也會越高[47]。

d.陽離子交換量（CEC值）較高。這與其表面積和羧基官能團(tuán)有關(guān)[48]，當(dāng)然與其生物質(zhì)原料來源密不可分[49]。生物炭的CEC值高，容易吸附大量可交換態(tài)陽離子，提高土壤對養(yǎng)分離子Ca2+、K+、Mg2+和NH4+等的吸附能力，從而提升土壤的肥力，減少養(yǎng)分的淋失，提高營養(yǎng)元素的利用率。

e.化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易被微生物降解[50]，抗氧化能力強(qiáng)。生物炭具有高度的芳香化結(jié)構(gòu)，有很高的生物化學(xué)和熱穩(wěn)定性[51]，可長期保存于環(huán)境和古沉積物中而不易被礦化。生物炭氧化分解緩慢，如Shindo[52]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過280 d培養(yǎng)，添加草地放火形成的生物炭的土壤與沒有添加生物炭的土壤排放的CO2量相近，說明生物炭分解非常少。

3.2 生物炭降低重金屬的有效作用機(jī)制

生物炭降低重金屬的生物有效性，主要是通過降低植物體內(nèi)重金屬的含量、促進(jìn)植物的生長來體現(xiàn)。研究顯示，將生物炭添加到受重金屬污染的土壤中后，生物炭不僅可以直接吸附或固持土壤中的重金屬離子，從而降低土壤溶液中重金屬離子濃度，還可以通過影響土壤的pH值、CEC值、持水性能等理化性質(zhì)來降低重金屬的移動性和有效性，減少其向植物體內(nèi)的遷移，降低其對植物的毒性，從而減少對動物及周圍環(huán)境造成的影響。

生物炭具有很大的比表面積、表面能和結(jié)合重金屬離子的強(qiáng)烈傾向，因此能夠較好地去除溶液和鈍化土壤中的重金屬。安增莉等[53]將生物炭對土壤中重金屬的固持機(jī)理主要分為3種，①添加生物炭后，土壤的pH值升高，土壤中重金屬離子形成金屬氫氧化物、碳酸鹽、磷酸鹽沉淀，或者增加了土壤表面活性位點[54]；②金屬離子與碳表面電荷產(chǎn)生靜電作用；③金屬離子與生物炭表面官能團(tuán)形成特定的金屬配合物，這種反應(yīng)對與特定配位體有很強(qiáng)親和力的重金屬離子在土壤中的固持非常重要[55，56]。周建斌等[57]試驗表明，棉稈炭能夠通過吸附或共沉淀作用來降低土壤中Cd的生物有效性，使在受污染土壤上生長的小白菜可食部分和根部Cd的積累量分別降低49.43%～68.29%和64.14%～77.66%，提高了蔬菜品質(zhì)。Cao等[55]發(fā)現(xiàn)生物炭對Pb的吸附是一個雙Langmuir-Langmuir模型，84%～87%是通過鉛沉淀，6%～13%是表面吸附，添加未處理的糞便和200℃熱解產(chǎn)生的生物炭處理中，鉛主要以β-Pb9（PO4）6形式沉淀，而在350℃熱解產(chǎn)生的生物炭處理中則是以Pb3（CO3）2（OH）2形式存在，其中200℃熱解產(chǎn)生的生物炭，吸附效果最好，達(dá)到680 mmol/kg，是遵循簡單Langmuir吸附模型的一般活性炭的6倍。Wang等[58]發(fā)現(xiàn)竹炭對水溶液中Cd2+的吸附行為最適合Langmuir吸附模型，最大吸附力是12.8 mg/g；而劉創(chuàng)等[59]發(fā)現(xiàn)竹炭對溶液中鎘離子的吸附行為符合Freundlich吸附模型；陳再明等[60]研究了在不同熱解溫度下制備的水稻秸稈生物炭對Pb2+的吸附行為，符合準(zhǔn)一級動力學(xué)方程，其等溫吸附曲線適合Langmuir方程。吳成等[61]還發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈生物炭對重金屬離子的吸附與水化熱差異有關(guān)，金屬離子水化熱越大，水合金屬離子越難脫水，越不易與生物炭表面活性位點反應(yīng)。

重金屬進(jìn)入土壤后，通過溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合、吸附等各種反應(yīng)形成不同的化學(xué)形態(tài)，并表現(xiàn)出不同的活性[62]。但是土壤化學(xué)性質(zhì)（pH值、EH值、CEC值、元素組成等）、物理性質(zhì)（結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、黏粒含量、有機(jī)質(zhì)含量等）和生物過程（細(xì)菌、真菌）及其交互作用都會影響重金屬在土壤中的形態(tài)和有效性。已有眾多研究顯示，將生物炭施加到土壤中可改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤孔隙度、表面積、土壤離子交換能力[42]、pH值[63]，降低土壤容重，增強(qiáng)土壤團(tuán)聚性、保水性和保肥性[64，65]，為土壤微生物生長與繁殖提供良好的環(huán)境，并增強(qiáng)微生物的活性[66～68]，減少土壤養(yǎng)分的淋失，促進(jìn)養(yǎng)分的循環(huán)，并且可以增加土壤有機(jī)碳的含量[69] 。這些性質(zhì)的改良都有利于促進(jìn)土壤中有害物質(zhì)的降解和失活，使土壤中的重金屬離子形態(tài)發(fā)生變化。

3.3 影響生物炭降低重金屬污染有效性的因素

①生物炭的原料和制備溫度 生物炭來源是決定其組成及性質(zhì)的基礎(chǔ)，Shinogi等[70]證明動物生物質(zhì)來源的生物炭比植物生物質(zhì)來源的生物炭C/N比更低，灰分含量、陽離子交換量和電導(dǎo)率更高。Uchimiya等[71]還發(fā)現(xiàn)山核桃殼制備的酸性活性炭和生活垃圾制備的堿性生物炭在酸性土壤中對Cu2+的吸附好于在堿性土壤中。但是，關(guān)于生物炭熱解溫度對其特性的影響還存在爭議，如Cao等[72]認(rèn)為與由糞肥制造的生物炭隨溫度變化的特點相似，比表面積、含碳量以及pH值都隨著溫度的升高而升高，吸附的Pb2+隨溫度的升高可達(dá)到100%。而吳成等[73]卻發(fā)現(xiàn)Pb2+或Cd2+吸附初始濃度相同時，熱解溫度為150～300℃的生物炭中極性基團(tuán)含量增加，生物炭吸附Pb2+和Cd2+的量增大；熱解溫度為300～500℃的生物炭中極性基團(tuán)含量減少，生物炭吸附Pb2+和Cd2+的量降低。目前，普遍認(rèn)為熱解溫度升高，生物炭比表面積、灰分含量增大[72]，而在CEC值方面還存在爭議。

②生物炭本身的pH值、CEC值、有機(jī)質(zhì)含量以及表面官能團(tuán)的性質(zhì) 通常情況下，土壤pH值、CEC值、有機(jī)質(zhì)含量越高，越不利于重金屬向有效態(tài)轉(zhuǎn)化。由于生物炭本身具有較高的pH值、CEC值和有機(jī)質(zhì)含量，故將其施加于土壤中可以提高土壤的pH值、CEC值和有機(jī)質(zhì)含量[74]。Wang等[58]的試驗證明，pH值高（≥8）有利于Cd2+的吸附和去除。祖艷群等[75]進(jìn)行大田調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，提高土壤pH值有助于降低蔬菜中鎘的含量，并認(rèn)為對于土壤重金屬鎘污染嚴(yán)重的地區(qū)，通過提高土壤pH值降低蔬菜中鎘含量是可行的。王鶴[76]通過試驗證明了生物炭不僅可以通過簡單吸附來降低有效態(tài)鉛含量，還可以通過提高土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量來促進(jìn)有效態(tài)鉛向其他形態(tài)轉(zhuǎn)化，從而降低土壤中鉛的生物有效性。Uchimiya等[56]用不同溫度生產(chǎn)的生物炭對水中和土壤中的Cd2+、Cu2+、Ni2+和Pb2+進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)高溫?zé)峤饽軌蚴股锾勘砻娴闹咀宓然鶊F(tuán)消失并形成吸附能力強(qiáng)的表面官能團(tuán)，同時隨著生物炭的pH值升高，其對重金屬離子的吸附和固定加強(qiáng)，也說明了生物炭對重金屬的吸附與生物炭的表面官能團(tuán)和pH值有關(guān)。官能團(tuán)可能與親和特定配位體的重金屬離子結(jié)合形成金屬配合物，有些親水性含氧官能團(tuán)還能使生物炭吸附更多的水分子，形成水分子簇，可有利于重金屬離子向生物炭微孔擴(kuò)散，從而降低重金屬離子在土壤中的富集；而土壤pH值的升高，促使重金屬離子形成碳酸鹽或磷酸鹽等而沉淀，或者增加土壤表面的某些活性位點，從而增加對重金屬離子的吸持。

③重金屬的形態(tài)與性質(zhì) 重金屬的形態(tài)是指重金屬的價態(tài)、化合態(tài)、結(jié)合態(tài)和結(jié)構(gòu)態(tài)4個方面，即某一重金屬元素在環(huán)境中以某種離子或分子存在的實際形式。重金屬形態(tài)是決定其生物有效性的基礎(chǔ)。重金屬的總量并不能真實評價其環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)，其在土壤中的形態(tài)、含量及其比例才是決定其對環(huán)境造成影響的關(guān)鍵因素。對于重金屬形態(tài)，目前比較常用的是歐洲共同體參考局（European Community Bureau of Reference，BCR）提出的標(biāo)準(zhǔn)，分為酸溶態(tài)（如可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)）、可還原態(tài)（如鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)）、可氧化態(tài)（如有機(jī)物和硫化物結(jié)合態(tài)）和殘渣態(tài)4種，所用提取方法稱為BCR提取法。研究表明，酸溶態(tài)是植物最容易吸收的形態(tài)，可還原態(tài)是植物較易利用的形態(tài)，可氧化態(tài)是植物較難利用的形態(tài)，殘渣態(tài)是植物幾乎不能利用的形態(tài)。前兩者即為重金屬有效態(tài)，生物有效性高；后兩者為重金屬穩(wěn)定態(tài)，遷移性和生物有效性低[77，78]。關(guān)于生物炭對重金屬生物有效性的影響，已有研究結(jié)果[79～82]認(rèn)為，生物炭的施入對土壤中重金屬離子的形態(tài)和遷移行為有明顯作用，即生物有效性高的水溶態(tài)、交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)重金屬的濃度都顯著下降，而植物較難利用的有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)重金屬的濃度顯著上升，從而降低植株體內(nèi)的重金屬含量。

④土壤類型 在生物炭―土壤―植物系統(tǒng)中，土壤的砂、黏、壤質(zhì)類型不同，理化性質(zhì)差異很大，對重金屬有效性和生物炭的作用發(fā)揮會產(chǎn)生不同影響。例如，Uchimiya等[71，83]研究生物炭修復(fù)土壤中Cu2+的吸附等溫線及陽離子的釋放時發(fā)現(xiàn)，在黏土和堿性土壤中，生物炭對Cu2+有顯著的吸附能力，在侵蝕土壤、酸性肥沃土壤中，生物炭對Cu2+的吸附能力很弱。Beesley等[84，85]在被As、Cd、Cu、Zn等污染的棕色土地區(qū)和含As、Cd、Cu、Pb和Zn較高的城市土中，添加450℃熱解硬木材產(chǎn)生的生物炭（生物炭體積比30%），發(fā)現(xiàn)在柱淋溶試驗中，Cd和Zn的量分別減少300倍和45倍。佟雪嬌等[86]用添加4種農(nóng)作物秸稈制備的生物炭提高了紅壤對Cu2+的吸附量，有效降低了Cu2+在酸性紅壤中的活動性和生物有效性。黃超等[87]研究發(fā)現(xiàn)，施加生物炭到貧瘠的紅壤中能明顯降低土壤酸度，增加鹽基飽和度，提高土壤團(tuán)聚體數(shù)量和田間持水量，降低土壤容重，明顯提高紅壤的速效氮、磷、鉀含量，增加土壤保肥能力，改善植物生長環(huán)境，并發(fā)現(xiàn)施用生物炭對肥力水平較低的紅壤改善作用更明顯。

4 生物炭對蔬菜產(chǎn)量的影響

國內(nèi)已有學(xué)者系統(tǒng)綜述過施用生物炭對土壤的改良作用、作物效益[88]以及肥效作用[49]的研究進(jìn)展。施用生物炭可改善土壤肥力和養(yǎng)分利用率，維持農(nóng)田系統(tǒng)的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。許多研究表明，生物炭對許多作物生長和產(chǎn)量有促進(jìn)作用，其中，對增產(chǎn)效應(yīng)方面主要研究的蔬菜有菜豆[89]、豇豆[90，91]、蘿卜[92，93]、菠菜[94]、白蘿卜[95]等。關(guān)于施用生物炭使作物增產(chǎn)的原因包括提高了土壤pH值，增加了有效磷、鉀、鎂和鈣含量，降低了重金屬元素的有效性；為養(yǎng)分的吸附和微生物群落的生存提供了較大空間；可以作為濾膜，吸附帶正電或負(fù)電的礦物離子；增加了土壤孔隙度和土壤持水性，改善了土壤物理性狀，促進(jìn)植物和根系的生長；增加了土壤電導(dǎo)率、鹽基飽和度及可交換態(tài)養(yǎng)分離子等；促進(jìn)了原生菌、真菌等的活性，從而促進(jìn)了作物生長[96]。單施生物炭就能夠促進(jìn)作物生長或增產(chǎn)，將生物炭與肥料混施，或復(fù)合后對作物生長及產(chǎn)量促進(jìn)作用更顯著，因為將生物炭和肥料混施或復(fù)合施用，可以發(fā)揮兩者的互補(bǔ)或協(xié)同作用，生物炭可延長肥料養(yǎng)分的釋放期，減少養(yǎng)分損失[34]，反之肥料消除了生物炭養(yǎng)分不足的缺陷[97]。也有眾多學(xué)者研究過生物炭對糧食作物的增產(chǎn)作用，如Major[98]施加生物炭于哥倫比亞草原氧化土中，通過4 a的種植，發(fā)現(xiàn)玉米第2，3，4年分別增產(chǎn)28%、30%、140%。但是，還缺乏在不同土壤類型上種植不同作物的大田試驗來進(jìn)一步驗證這些增產(chǎn)效果。

然而在需要人為添加營養(yǎng)的無土栽培中，情況有所不同。Graber等[99]添加不含營養(yǎng)成分的木質(zhì)生物炭到椰纖維+凝灰?guī)r的無土基質(zhì)中，種植的番茄和辣椒生長量增加既不是因為直接或間接的植物營養(yǎng)成分含量的提高，也不是因為無土基質(zhì)持水性增強(qiáng)，推測和驗證了2個可能機(jī)制，一是生物炭可引起微生物群體向有益植物生長的方向轉(zhuǎn)變；二是生物炭中的化合物引起毒物興奮效應(yīng)，因而具有生物毒性的化學(xué)物質(zhì)或者高濃度生物炭就會刺激生長并引起系統(tǒng)抗病性。Nichols等[100]證明了生物炭比其他水培基質(zhì)性能更優(yōu)越，并且能夠通過再次熱解進(jìn)行殺菌，從而破壞潛在的致病菌。Elad等[101]也驗證了添加生物炭可以促使辣椒和番茄對灰霉病菌和白粉病菌產(chǎn)生系統(tǒng)抗性，并使辣椒具有抗螨性?？梢娚锾坎粌H可以通過影響土壤pH值、CEC值、鹽基飽和度、電導(dǎo)率、交換態(tài)氮和磷有效性，提高鉀、鈣、鈉、鎂等營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，從而提高作物產(chǎn)量[102]，而且可以運用到無土栽培中殺菌抗病，促進(jìn)植物生長。目前市場上交易的生物炭多用于改良栽培基質(zhì)和促進(jìn)糧食作物增產(chǎn)，將其應(yīng)用于蔬菜安全生產(chǎn)必然有廣泛的應(yīng)用前景。

5 展望

種種研究表明，生物炭對重金屬污染土壤和水體的治理效果明顯，促進(jìn)作物生長的潛力巨大，張偉明[40]系統(tǒng)研究了生物炭的理化性質(zhì)（結(jié)構(gòu)與形態(tài)、比表面積與孔徑特征、因素組成以及吸附性能等）及其對不同作物生長發(fā)育的作用、對土壤理化性質(zhì)的影響以及炭肥互作對大豆生長發(fā)育和產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，初步探討了生物炭對重金屬污染農(nóng)田修復(fù)的作用，再一次有力地證明了生物炭優(yōu)良的理化性質(zhì)對土壤系統(tǒng)的改良作用、對促進(jìn)作物產(chǎn)量與品質(zhì)的有利影響以及修復(fù)重金屬污染土壤的巨大潛力，并指出中國的生物炭應(yīng)用技術(shù)已具備了一定基礎(chǔ)，且處于快速發(fā)展時期。但是將生物炭廣泛應(yīng)用于蔬菜生產(chǎn)安全上，仍有幾個關(guān)鍵點需要解決。

①雖然已有研究認(rèn)為生物炭能產(chǎn)生良好的農(nóng)用和環(huán)境效益，但是對于生物炭的最優(yōu)施用條件、最佳施用量及相關(guān)機(jī)理還沒有明確定論。比如，有些試驗在較低用量下即產(chǎn)生影響，有些則顯示高用量下才有效果，甚至還有些產(chǎn)生不良影響[87]，不同作物、不同地域、不同基質(zhì)和不同管理條件等可能表現(xiàn)出不一樣的結(jié)果；生物炭對重金屬等污染物的作用是絡(luò)合、螯合、吸附、截留或沉淀等都尚不明確。

②生物炭對施入環(huán)境的有益作用已受到人們的廣泛關(guān)注，但是其對生態(tài)環(huán)境可能產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)還不十分明確，如生物炭在熱解過程中可能產(chǎn)生少量有毒物質(zhì)，生產(chǎn)的高溫分解過程也會增加溫室氣體的排放等[103]。

③由于生物炭是直接施加到土壤和溶液中的，吸附或固持了污染物之后依然留在其中，不清楚污染物以后是否會被重新釋放出來而恢復(fù)生物毒性。成杰民[104]認(rèn)為，除了研究吸附劑的氧化穩(wěn)定性、吸附穩(wěn)定性和釋放規(guī)律外，最安全的方法就是將吸附后的鈍化劑從土壤中徹底移除，但目前還沒有相應(yīng)的措施。

④生物炭的老化或氧化分解問題。Uchimiya

等[105]認(rèn)為，生物炭的老化主要表現(xiàn)在對環(huán)境污染物尤其是對天然有機(jī)物吸附的減少，及其自身的氧化分解作用。但由于生物炭穩(wěn)定性高，氧化分解的速度緩慢（分解機(jī)理尚不明確，生物降解和非生物降解過程可能共存），在有限的試驗周期內(nèi)還無法觀察到其氧化后的結(jié)果，對生物炭施用后的長期效應(yīng)方面的研究亟待開展。

⑤目前國內(nèi)關(guān)于生物炭方面的研究，還停留在實驗室和田間階段[103]，并沒有得到大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用，推廣和使用所需要的技術(shù)支持也還處于起步階段。降低生物炭的生產(chǎn)成本，也將關(guān)系到生物炭未來發(fā)展的應(yīng)用潛力。

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