分子设计（精选十篇）
分子设计 篇1
1.1 本次课在教材中的地位和作用
本次课选自第四军医大学出版社出版殷蓉蓉主编的《生物化学》教材第一章的前2节内容。良好的开端是成功的一半。如果学生一开始就对生物化学感兴趣, 那么以后的学习一定会倍感轻松, 而且本次课与后面的酶、氨基酸代谢及蛋白质的合成等章节内容有直接的联系。
1.2 教学目标
根据教学大纲要求及本次课的内容, 同时考虑到本章节在本教材中的重要性, 确定本次课的教学目标。
1.2.1 认知目标
(1) 掌握蛋白质元素组成的特点、蛋白质组成的基本单位和蛋白质二级结构常见形式的结构特点; (2) 熟悉蛋白质一、二、三、四级结构的概念及维持其结构稳定的化学键; (3) 了解氨基酸的显色反应及结构域。
1.2.2 能力目标
培养学生的理解能力和空间想象能力, 如对蛋白质一级结构和空间结构的理解。
1.2.3 情感目标 (1) 激发学生的学习兴趣, 培养其主动学习与
思考的习惯; (2) 加强师生互动, 建立良好、融洽的师生关系; (3) 体现教书育人思想。
1.3 重点和难点
重点:蛋白质元素组成的特点、蛋白质基本组成单位、氨基酸等电点、蛋白质二级结构的类型及特点。
难点:氨基酸等电点的概念理解和应用;对蛋白质空间结构的理解。
2 说学生
我校五年一贯制大专招收的是初中起点的学生, 部分学生原本基础较差;不少学生的基础知识, 特别是有机化学知识不扎实;有些学生的学习方法欠佳, 这些因素都制约着学生的学习效果和积极性。但是学生的年龄多为15~18岁, 对新事物具有强烈的好奇心;智力水平接近成人高峰状态;自我表现意识较强, 学习兴趣集中。因此, 在生物化学课堂教学过程中要尽量创造和谐的气氛, 培养和激发学生的学习兴趣。
3 说教法
3.1 直观教学法
本次课内容抽象, 对学生的空间想象能力要求较高。为帮助学生理解, 可利用实物模型和多媒体课件展示教学内容, 这样不仅可吸引学生的注意力, 而且可把抽象的内容形象化、具体化, 如蛋白质的一、二、三、四级结构。
3.2 比喻教学法
一级结构可比喻为糖葫芦, 山楂相当于氨基酸, 串山楂用的木棍相当于肽键;二级结构可比喻为电话线、旋转楼梯 (α-螺旋) 和折叠扇 (β-折叠) ;三级结构可比喻为只有一条线的线团;四级结构可比喻为由2条或2条以上的线所组成的线团, 每一条线所形成的线团相当于亚基。教师通过形象的比喻启发学生的想象力, 这样就使学生先获得感性认识, 再结合概念上升到理性认识, 最终牢固掌握知识。
3.3 对比教学法
教师从蛋白质各级结构的概念、维持其结构稳定的化学键以及其结构特点等方面, 将蛋白质的一、二、三、四级结构进行对比, 以免学生混淆, 特别应强调三级结构和四级结构的区别, 这是学生最容易迷惑的地方。三级结构由1条多肽链组成, 而四级结构由2条或2条以上的多肽链组成。通过对比教学, 培养学生及时归纳、总结的习惯。
3.4 问题教学法
教师根据本次课的重点、难点内容提出问题, 通过教师与学生的双边活动, 以达到使学生主动学习、理解和掌握知识的目的, 如维持蛋白质二级结构的化学键是什么;在生理pH值条件下, 哪些氨基酸带正电荷等。
3.5 情感教学法
教学中应注重教学互动, 注重与学生加强情感交流, 贯彻情感教育原则。如讲到氨基酸的两性解离和等电点时, 让学生判断某一氨基酸处于某一pH值的缓冲液中所带的电荷是什么, 有相当一部分学生无法做出正确回答, 这时可借助古语“近朱者赤, 近墨者黑”来帮助理解。处于等电点状态的氨基酸, 若让它处于相对酸性的环境中 (即pH
4 说学法
学习的主体是学生, 学习成功的关键在于掌握科学的学习方法。教师在教学中不但要传授知识, 更要教会学生如何学习。无论学习哪门课程, 学生都要学会先理清知识脉络, 再进行详细扩展的学习方法。不可“只见树木, 不见森林”, 学完后一头雾水。因此教师在讲本次课之前, 要先将所讲内容用结构图的形式呈现出来, 在学生理清知识的脉络后, 再对相关内容详细讲解。如本次课的知识脉络结构见图1。
同时, 还要注意培养学生良好的学习习惯。学生课前预习并写出预习笔记, 课后做适当的练习, 这种学习习惯有助于对知识的巩固。
5 说教学过程
5.1 导入新课 (5分钟)
从疯牛病或镰刀状红细胞贫血的病因是蛋白质结构改变说起, 然后引出究竟什么是蛋白质, 它由哪些元素组成?有哪些理化性质?有什么样的结构特点?采用问题教学法导入新课的目的是为了吸引学生的注意力, 激发学生的学习兴趣, 同时活跃课堂气氛, 培养学生主动学习的能力。
5.2 新课教学 (70分钟)
5.2.1 蛋白质的分子组成
蛋白质的分子组成包括2部分内容, 即元素组成和基本组成单位氨基酸。 (1) 元素组成:先设置问题, 再详细讲解。如已知样品中的含氮量, 怎样计算出样品中蛋白质的含量;或测得某一蛋白质样品的含氮量为0.8克, 则此样品含蛋白质多少克。通过问题诱发学生积极思维, 从而引出蛋白质的主要元素组成这一知识点。 (2) 基本组成单位氨基酸:在讲解氨基酸的结构特点及分类时, 应先简要回顾有机化学的相关知识, 以照顾部分基础较差的学生, 再比较分析各种天然氨基酸的异同, 培养学生及时分析、归纳总结的习惯。在讲到氨基酸的理化性质时, 两性解离与等电点这一知识点既是重点又是难点, 为了让学生更容易理解等电点的概念, 在教学过程中可把氨基酸所处的环境具体化。如试管里发生的过程, 即试管中有某一pH值的溶液, 当溶液中的氨基酸净电荷为零时, 试管中溶液的pH值称为该氨基酸的等电点 (也可用前述的情感教学法来帮助理解) 。然后再将氨基酸等电点这一知识点与氨基酸的分离纯化这一实际用途相联系, 学生将会更加感兴趣。关于氨基酸的紫外吸收性质和茚三酮反应, 可用多媒体课件展示紫外吸收光谱图和直接在课件上使用相应的颜色将不同的反应现象显示出来。
5.2.2 蛋白质的分子结构
这部分内容的总体教学思路为总-分-总, 即先用多媒体课件综合呈现蛋白质一、二、三、四级结构图, 让学生有一个总体、直观的印象, 然后再适时运用比喻教学法分别讲授一、二、三、四级结构的概念、化学键及结构特点, 最后再用对比教学法对各级结构进行详细的比较、归纳和总结, 以达到使学生完全掌握的目的。
5.3 反馈总结 (10分钟)
课堂反馈是检验教学效果的手段, 是教师了解学生是否已掌握所讲内容的试金石。在课堂教学过程中, 教师通过观察学生表情、集体回答、个别回答或做随堂练习题情况的方法来检测学生的掌握情况, 并根据反馈结果及时调整教学。总结能起到画龙点睛的作用, 教师和学生一起共同回顾总结所学内容后, 要再次强调本次课的重点、难点, 这样有利于帮助学生理清知识脉络, 形成清晰的思路。
5.4 布置作业 (5分钟)
新课内容结束后, 教师要给学生布置一些思考题。这些思考题不仅可使学生复习所学内容, 而且可诱导学生预习新课内容, 提高学生的自主学习能力, 如综合比较蛋白质各级结构的特点、蛋白质结构与功能的关系等。
摘要：通过分析教材、学生、教法、学法及教学过程等方面内容, 对蛋白质的分子组成与分子结构进行说课, 以提高教师的教学能力。
关键词：蛋白质,分子组成,分子结构,说课
参考文献
[1]殷蓉蓉.生物化学[M].西安:第四军医大学出版社, 2006.
《分子》实验设计的反思 篇2
分子这节课的特点是微观性强，看不见摸不着，学生难以理解，如何选择实验，变抽象为具体是教学中的关键一环，因此本节课选择了芳香四溢、变幻莫测、完璧归赵等三个演示实验来设置情景，激发兴趣引入课题，并合理利用教材，把酒精和水等体积混合由演示实验变为探究试验，冰糖溶于水后液面的`改变也由家庭实验改为探究试验，又补充了用注射器压缩空气和把小米与黄豆混合两个试验，充实了教学内容，变抽象为具体，即突破了难点又锻炼了学生的实验操作能力，创造了小组合作学习的机会，使情感目标得以进一步落实。取得了很好的教学效果。课后回想，感觉到课题的引入中变幻莫测。
这个实验如果也能以探究的方式即提出问题－猜想假设－实验验证则会更符合新课改精神突出化学课中科学探究的意义，了解探究的过程和方法，但如果这样一节课就难以完成，尤其对物理变化与化学变化，纯净物与混合物从分子观点如何进一步认识更是难以深入，因此这个设想还是能实现。
分子设计 篇3
结合新课程标准，根据教材内容设定以下教学目标。
（1）了解物体是由大量分子组成的。
（2）知道用单分子油膜法估算分子的直径，通过油膜法实验使学生知道：利用宏观量求微观量。
（3）知道分子的球形模型，明确分子直径的数量级；
（4）理解阿伏加德罗常数的物理意义、数值和单位。
二、教学策略选择与设计
这节课主要采用学生课前准备实验，分组展示成果，教师指导学生合作探究，师生共同学习探究。
三、教学过程
（一）引入新课
预习作业：如何测量一颗绿豆的直径？
实验器材：直尺，螺旋测微器，游标卡尺，量筒。
学生活动：练习使用不同测量工具测量绿豆的直径，并分组汇报。
方法归纳：1.直接测量。游标卡尺，螺旋测微器。
2.间接测量。
累积法：①长度/个数；
②体积/个数；
③体积/面积。
（二）新课教学
1.分子的大小
宏观上一颗绿豆的大小可以如此测量，微观上一个分子的大小如何测量呢？
问题1：分子到底有多大？
介绍：一个直径1μm的水珠，尺寸与细菌差不多，其中分子的个数比地球上的人口的总数还多好几倍。
（1）直接测量——扫描隧道显微镜。
介绍：1982年，人们研制成了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜，才观察到物质表面原子的排列情况，从此人类实际看到了单个原子、分子。
（2）间接测量——在当前实验室条件下，我们可以用什么方法测量分子大小？
问题2：分子是看不见的，不能直接数出个数，哪种方法是最适合的呢？
难点：分子的个数不能直接数出来，所以油膜方法是最合适的。
总结：如果可以使分子形成单分子薄膜，那么，分子直径=体积/面积，分子并不是球形的，但是这里当做球形来处理，是一种估算方法，所以，只需测出一定量分子的总体积和总面积就可以得到分子的直径。
单分子油膜法是粗略地测量分子大小的一种方法。（利用宏观量求微观量）
问题3：（1）如何使分子排列成单层分子薄膜？
（2）怎样能够得到很小的一滴溶液？怎样测出一滴溶液的体积？
（3）如何测得单层分子薄膜的面积？
请同学们参照教材2—3页，分组讨论以上问题。
演示实验：用单层油膜法估测分子的大小。
（1）实验目的：学会用油膜法估测分子的大小。
（2）实验器材：略
（3）实验原理：设分子直径为d，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是V，油酸薄膜的面积为S，则d=V/S，测出V和S，即可估算分子直径的数量级。
（4）实验步骤：略
（5）数据处理：略
方法总结：估算法、类比法、累积法。
注意：（1）用不同方法测量，得出分子的大小并不完全相同，但是数量级是相同的。
（2）把分子看成小球形是一种近似处理，是为了简化问题。在热学中，我们研究的是他们的运动规律，不必区分它们在化学变化中所起的不同作用。
2.阿伏伽德罗常数
问题1：在化学课上学过的阿伏伽德罗常数有什么意义？数值是多少？
介绍：1mol任何物质都含有相同的粒子数。这个常数叫阿伏伽德罗常数，可用符号Na表示，Na=6.02×1023个/mol，粗略计算可用Na=6×1023个/mol。
3.微观物理量的估算
①分子的质量=摩尔质量/阿伏伽德罗常数
②分子的体积=摩尔体积/阿伏伽德罗常数
注意：因为固体和液体分子之间的间距比较小，而气体分子之间的间距比较大，所以以上两式只适用于固体和液体。
（3）几个常用的等式
1）物质的量=质量/摩尔质量=体积/摩尔体积。
2）分子的个数=摩尔数×阿伏伽德罗常数
（三）课堂小结：略endprint
一、教学目标
结合新课程标准，根据教材内容设定以下教学目标。
（1）了解物体是由大量分子组成的。
（2）知道用单分子油膜法估算分子的直径，通过油膜法实验使学生知道：利用宏观量求微观量。
（3）知道分子的球形模型，明确分子直径的数量级；
（4）理解阿伏加德罗常数的物理意义、数值和单位。
二、教学策略选择与设计
这节课主要采用学生课前准备实验，分组展示成果，教师指导学生合作探究，师生共同学习探究。
三、教学过程
（一）引入新课
预习作业：如何测量一颗绿豆的直径？
实验器材：直尺，螺旋测微器，游标卡尺，量筒。
学生活动：练习使用不同测量工具测量绿豆的直径，并分组汇报。
方法归纳：1.直接测量。游标卡尺，螺旋测微器。
2.间接测量。
累积法：①长度/个数；
②体积/个数；
③体积/面积。
（二）新课教学
1.分子的大小
宏观上一颗绿豆的大小可以如此测量，微观上一个分子的大小如何测量呢？
问题1：分子到底有多大？
介绍：一个直径1μm的水珠，尺寸与细菌差不多，其中分子的个数比地球上的人口的总数还多好几倍。
（1）直接测量——扫描隧道显微镜。
介绍：1982年，人们研制成了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜，才观察到物质表面原子的排列情况，从此人类实际看到了单个原子、分子。
（2）间接测量——在当前实验室条件下，我们可以用什么方法测量分子大小？
问题2：分子是看不见的，不能直接数出个数，哪种方法是最适合的呢？
难点：分子的个数不能直接数出来，所以油膜方法是最合适的。
总结：如果可以使分子形成单分子薄膜，那么，分子直径=体积/面积，分子并不是球形的，但是这里当做球形来处理，是一种估算方法，所以，只需测出一定量分子的总体积和总面积就可以得到分子的直径。
单分子油膜法是粗略地测量分子大小的一种方法。（利用宏观量求微观量）
问题3：（1）如何使分子排列成单层分子薄膜？
（2）怎样能够得到很小的一滴溶液？怎样测出一滴溶液的体积？
（3）如何测得单层分子薄膜的面积？
请同学们参照教材2—3页，分组讨论以上问题。
演示实验：用单层油膜法估测分子的大小。
（1）实验目的：学会用油膜法估测分子的大小。
（2）实验器材：略
（3）实验原理：设分子直径为d，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是V，油酸薄膜的面积为S，则d=V/S，测出V和S，即可估算分子直径的数量级。
（4）实验步骤：略
（5）数据处理：略
方法总结：估算法、类比法、累积法。
注意：（1）用不同方法测量，得出分子的大小并不完全相同，但是数量级是相同的。
（2）把分子看成小球形是一种近似处理，是为了简化问题。在热学中，我们研究的是他们的运动规律，不必区分它们在化学变化中所起的不同作用。
2.阿伏伽德罗常数
问题1：在化学课上学过的阿伏伽德罗常数有什么意义？数值是多少？
介绍：1mol任何物质都含有相同的粒子数。这个常数叫阿伏伽德罗常数，可用符号Na表示，Na=6.02×1023个/mol，粗略计算可用Na=6×1023个/mol。
3.微观物理量的估算
①分子的质量=摩尔质量/阿伏伽德罗常数
②分子的体积=摩尔体积/阿伏伽德罗常数
注意：因为固体和液体分子之间的间距比较小，而气体分子之间的间距比较大，所以以上两式只适用于固体和液体。
（3）几个常用的等式
1）物质的量=质量/摩尔质量=体积/摩尔体积。
2）分子的个数=摩尔数×阿伏伽德罗常数
（三）课堂小结：略endprint
一、教学目标
结合新课程标准，根据教材内容设定以下教学目标。
（1）了解物体是由大量分子组成的。
（2）知道用单分子油膜法估算分子的直径，通过油膜法实验使学生知道：利用宏观量求微观量。
（3）知道分子的球形模型，明确分子直径的数量级；
（4）理解阿伏加德罗常数的物理意义、数值和单位。
二、教学策略选择与设计
这节课主要采用学生课前准备实验，分组展示成果，教师指导学生合作探究，师生共同学习探究。
三、教学过程
（一）引入新课
预习作业：如何测量一颗绿豆的直径？
实验器材：直尺，螺旋测微器，游标卡尺，量筒。
学生活动：练习使用不同测量工具测量绿豆的直径，并分组汇报。
方法归纳：1.直接测量。游标卡尺，螺旋测微器。
2.间接测量。
累积法：①长度/个数；
②体积/个数；
③体积/面积。
（二）新课教学
1.分子的大小
宏观上一颗绿豆的大小可以如此测量，微观上一个分子的大小如何测量呢？
问题1：分子到底有多大？
介绍：一个直径1μm的水珠，尺寸与细菌差不多，其中分子的个数比地球上的人口的总数还多好几倍。
（1）直接测量——扫描隧道显微镜。
介绍：1982年，人们研制成了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜，才观察到物质表面原子的排列情况，从此人类实际看到了单个原子、分子。
（2）间接测量——在当前实验室条件下，我们可以用什么方法测量分子大小？
问题2：分子是看不见的，不能直接数出个数，哪种方法是最适合的呢？
难点：分子的个数不能直接数出来，所以油膜方法是最合适的。
总结：如果可以使分子形成单分子薄膜，那么，分子直径=体积/面积，分子并不是球形的，但是这里当做球形来处理，是一种估算方法，所以，只需测出一定量分子的总体积和总面积就可以得到分子的直径。
单分子油膜法是粗略地测量分子大小的一种方法。（利用宏观量求微观量）
问题3：（1）如何使分子排列成单层分子薄膜？
（2）怎样能够得到很小的一滴溶液？怎样测出一滴溶液的体积？
（3）如何测得单层分子薄膜的面积？
请同学们参照教材2—3页，分组讨论以上问题。
演示实验：用单层油膜法估测分子的大小。
（1）实验目的：学会用油膜法估测分子的大小。
（2）实验器材：略
（3）实验原理：设分子直径为d，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是V，油酸薄膜的面积为S，则d=V/S，测出V和S，即可估算分子直径的数量级。
（4）实验步骤：略
（5）数据处理：略
方法总结：估算法、类比法、累积法。
注意：（1）用不同方法测量，得出分子的大小并不完全相同，但是数量级是相同的。
（2）把分子看成小球形是一种近似处理，是为了简化问题。在热学中，我们研究的是他们的运动规律，不必区分它们在化学变化中所起的不同作用。
2.阿伏伽德罗常数
问题1：在化学课上学过的阿伏伽德罗常数有什么意义？数值是多少？
介绍：1mol任何物质都含有相同的粒子数。这个常数叫阿伏伽德罗常数，可用符号Na表示，Na=6.02×1023个/mol，粗略计算可用Na=6×1023个/mol。
3.微观物理量的估算
①分子的质量=摩尔质量/阿伏伽德罗常数
②分子的体积=摩尔体积/阿伏伽德罗常数
注意：因为固体和液体分子之间的间距比较小，而气体分子之间的间距比较大，所以以上两式只适用于固体和液体。
（3）几个常用的等式
1）物质的量=质量/摩尔质量=体积/摩尔体积。
2）分子的个数=摩尔数×阿伏伽德罗常数
蛋白质的分子设计说课 篇4
蛋白质的分子设计是化学工业出版社出版, 陶兴无主编的《生物工程概论》[1]第五章第四节的内容, 是蛋白质工程课程的重要内容之一, 在教学中起着承前启后的作用。一方面, 这是在学习了第三节内容的基础上, 对蛋白质工程主要研究内容的进一步深入和拓展;另一方面, 又为学习蛋白质分子改造等知识奠定了基础。
2 说学情
生物工程概论课程是我校中药专升本学生的必修课。中药专升本班学生来源较复杂, 学生的生化知识基础不同, 给教学带来一定的困难, 但是专升本学生普遍学习热情很高, 这又是一个非常有利的条件, 所以在教学中要充分利用这些特点。一方面及时与学生沟通, 在课堂上补充相关基础知识;另一方面在讲课时, 运用直观生动的教学手段引发学生兴趣。此外, 要有目的地进行课堂互动, 让学生回答问题并提出问题, 充分调动学生学习的积极性。
3 说教学目标
结合教学大纲和本次课内容的特点, 笔者制定了本节课的教学目标。包括知识目标、能力目标和情感目标3方面。
3.1 知识目标
(1) 了解蛋白质分子设计的基本概念和蛋白质分子设计的现状; (2) 熟悉蛋白质的结构和功能; (3) 理解、掌握蛋白质分子设计的原理、程序和种类。
3.2 能力目标
(1) 初步掌握蛋白质分子设计的基本方法; (2) 学会获取和显示蛋白质的三维结构; (3) 培养理解能力和空间想象能力。
3.3 情感目标
通过合作交流, 教师引导, 使学生养成积极思考、独立思考的习惯, 同时培养学生的团队合作精神。
4 说教学重点、难点
根据本节课的教学目标和教学大纲要求, 确定本节课的重点:蛋白质分子设计的原理、流程, 蛋白质的结构与功能。由于学生生化知识基础薄弱, 蛋白质结构复杂抽象, 将本节课的难点确定为:蛋白质结构与功能。
5 说教法、学法
5.1 说教法
“授人以鱼不如授人以渔。”学生是学习的主体, 教师是学习的组织者, 教学的一切活动都必须以强调学生的主动性、积极性为出发点。根据这一教学理念, 结合本节课内容的特点和学生的年龄特征, 采用多媒体和板书结合教学法、类比教学法、讨论式教学法、讲演练结合教学法以及实例教学法, 以独立思考和相互交流的形式, 让学生在教师的指导下提出问题、解决问题。
(1) 多媒体和板书结合教学法:多媒体展示图片、动画、模型, 板书突出教学重点、难点。
(2) 类比教学法:可以将蛋白质的分子设计和服装设计、建筑设计进行类比讲解;可以把蛋白质的全新设计比喻为建筑房屋, 小改比喻为住在房屋里, 中改比喻为房屋装饰。
(3) 讲演练结合教学法:教师边讲解边演示、学生边练习的方法。蛋白质具有三维结构, 在平面很难表示清楚, 因此最好通过图形软件观察其分子图像。本节课采用图形软件展示各种氨基酸残基, 蛋白质的一级结构、二级结构、三级结构、四级结构以及蛋白质改造部位。
(4) 讨论式教学法:在课堂上, 有目的地提出问题, 让学生独立思考, 分组讨论, 进而解决问题。例如, 提出问题: (1) 螺旋是蛋白质的二级结构吗? (2) 在进行蛋白质分子设计的时候, 如何获得初始蛋白质的三维结构?
(5) 实例教学法:用形象的实例, 把本节课内容融会贯通, 使学生形成一个完整的知识体系, 并初步具备解决实际问题的能力。如根据蛋白质工程的3类内容, 即小改、中改和大改, 分别举例说明蛋白质分子设计的原理和过程。
5.2 说学法
(1) 在启发式教学的基础上, 学生进行独立思考和相互交流, 发现、分析、解决问题并提出问题。
(2) 要求学生做好课前预习和课后复习, 把握知识脉络, 将新旧知识融合吸收。避免陷入“只见树木, 不见森林”[2]的误区。
6 说教学过程
教学过程是教师引导学生进行学习活动的过程, 是教师和学生互动的过程, 是师生共同发展的过程。为有序、有效地进行教学, 本节课主要安排以下教学环节。
6.1 温故知新, 导入新课
复习蛋白质工程的研究内容和程序部分的知识;利用图片和动画引出蛋白质工程的主要研究内容之一———蛋白质分子设计。使学生对蛋白质分子设计有一个简要的了解, 同时激发起学生的好奇心——蛋白质分子设计是什么?它是怎么进行的?学生产生了浓厚的学习兴趣, 学习积极性也会高涨。
6.2 创设情境, 提出问题
采用适当的教具, 提出几个问题, 从而激发学生的学习兴趣和求知欲望。
例如, 课前在蛋白质晶体数据库中下载胰岛素的三维结构, 使用大分子动力学图形软件VMD, 显示胰岛素的三维结构, 提出问题: (1) 如何获取蛋白质分子的结构。 (2) 胰岛素的二级结构有哪些?什么是蛋白质的一级、二级、三级、四级结构? (3) 如何对天然胰岛素进行改造, 提高其生物活性。 (4) 蛋白质结构与功能关系的研究在蛋白质分子设计中的地位。
6.3 讨论问题, 回答问题
学生按照教师创设的情境, 通过观察分析、独立思考、小组交流等活动进行归纳总结。例如, 回答问题“什么是蛋白质的一级、二级、三级、四级结构?”学生解答之后, 教师用一个蛋白质折叠的动画进行演示, 边播放动画边讲解。可能有的学生会在深入思考后提出问题:“蛋白质的一级、二级、三级、四级结构之间有什么关系呢?”教师可以把蛋白质折叠过程的动画重新播放一遍, 并给学生详细讲解蛋白质由一级结构到高级结构的转化过程。
6.4 举例分析, 加深理解
通过对实例 (核糖核酸酶、抗体、四螺旋束结构分子设计) 的详细阐述, 使学生对蛋白质分子设计的大改、中改和小改的理解更加完整、深刻。
6.5 小结巩固知识, 课后作业提高升华
在课堂的最后5分钟, 教师要对所讲新课内容进行总结, 引导学生回顾本节课的重点、难点, 以利于学生理清知识脉络, 使记忆更加深刻。
此外, 教师还要给学生布置一些思考题。思考题不仅可使学生复习所学内容, 也可诱导学生预习新课内容, 提高学生的自主学习能力, 如综合比较蛋白质各级结构的特点、蛋白质结构与功能之间的关系以及蛋白质分子设计的原理等。
摘要：蛋白质的分子设计是蛋白质工程课程的重要内容之一。通过分析教材、学情、教学目标、教学重点和难点、教法和学法、教学过程, 展示了这节课的整体设计过程。
关键词：蛋白质,分子设计,说课
参考文献
[1]陶兴无.生物工程概论[M].北京:化学工业出版社, 2007.
强军康组合分子设计理论 篇5
胡文祥博士通过对大量的药物和保健品研究发现，凡是对人体效果好的药物和保健品，分子结构中都有OCCN、NCCN、COCN、CCCN这四种原子排列。这四种原子排列与细胞受体α-氨基酸含有的N-C-C-O骨架结构的电性、轨道、疏水相匹配，能促进细胞受体的正常开启。因此，药物和保健品中功效成分是否含有这四种原子排列结构，就成为衡量其是否有效的标准。这一发现，被称为四原子规则。
胡文祥博士根据四原子规则，创造性地提出了组合分子设计理论。
所谓组合分子设计理论就是从药物化学分子库中设计出符合四原子排列结构的分子，采用同步合成提取的方法，把具有协同作用且活性最高的分子筛选出来，根据人体健康需要，对这些分子进行排列组合，形成具有不同功效的健康产品。胡文祥博士的这一发明，获国防发明专利，国家发明专利，并获得国务院颁发的国家科学技术进步奖。
强军康系列产品是胡文祥博士针对航天员飞行中遇到的一系列健康难题，依据组合分子设计理论研制而成的航天员健康保障品。针对航天员飞行中体内毒素堆积研制出强军康排毒养颜型；针对航天员飞行和模拟训练中骨钙大量流失、免疫力下降研制出强军康补钙抗疲劳增免疫型；针对航天员飞行中心脑血管功能改变、血液病变、自由基过剩、快速衰老研制出强军康抗衰美容型；针对航天员飞行中出现的生物钟紊乱、时差不适研制出强军康调节睡眠型。
分子设计 篇6
课前使用了希沃多媒体交互白板工具EasiNote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SeewoLink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EasiNote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EasiNote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。
分子设计 篇7
结合新课程标准, 根据教材 内容设定 以下教学 目标。
(1) 了解物体是由大量分子组成的。
(2) 知道用单分子油膜法估算分子的直径, 通过油膜法实验使学生知道:利用宏观量求微观量。
(3) 知道分子的球形模型, 明确分子直径的数量级;
(4) 理解阿伏加德罗常数的物理意义、数值和单位。
二、教学策略选择与设计
这节课主要采用 学生课前 准备实验, 分组展示 成果, 教师指导学生合作探究, 师生共同学习探究。
三、教学过程
(一) 引入新课
预习作业:如何测量一颗绿豆的直径?
实验器材:直尺, 螺旋测微器, 游标卡尺, 量筒。
学生活动:练习使用 不同测量 工具测量 绿豆的直径, 并分组汇报。
方法归纳:1.直接测量。游标卡尺, 螺旋测微器。
2.间接测量。累积法:1长度/个数;2体积/个数;3体积/面积。
(二) 新课教学
1.分子的大小
宏观上一颗绿豆的大小可以如此测量, 微观上一个分子的大小如何测量呢?
问题1:分子到底有多大?
介绍:一个直径1μm的水珠, 尺寸与细菌差不多, 其中分子的个数比地球上的人口的总数还多好几倍。
(1) 直接测量———扫描隧道显微镜。
介绍:1982年, 人们研制成了能 放大几亿 倍的扫描 隧道显微镜, 才观察到物质表面原子的排列情况, 从此人类实际看到了单个原子、分子。
(2) 间接测量———在当 前实验室条件下, 我们可以用什么方法测量分子大小?
问题2:分子是看不见的, 不能直接数出个数, 哪种方法是最适合的呢?
难点:分子的个数不能直接数出来, 所以油膜 方法是最合适的。
总结:如果可以使分子形成单分子薄膜, 那么, 分子直径=体积/面积, 分子并不是球形的, 但是这里当做球形来处理, 是一种估算方法, 所以, 只需测出一定量分子的总体积和总面积就可以得到分子的直径。
单分子油膜法是粗略地测量分子大小的一种方法。 (利用宏观量求微观量)
问题3: (1) 如何使分子排列成单层分子薄膜?
(2) 怎样能够得到很小的一滴溶液?怎样测出一滴溶液的体积?
(3) 如何测得单层分子薄膜的面积?
请同学们参照教材2—3页, 分组讨论以上问题。
演示实验:用单层油膜法估测分子的大小。
(1) 实验目的:学会用油膜法估测分子的大小。
(2) 实验器材:略
(3) 实验原理:设分子直径为d, 一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是V, 油酸薄膜的面积为S, 则d=V/S, 测出V和S, 即可估算分子直径的数量级。
(4) 实验步骤:略
(5) 数据处理:略
方法总结:估算法、类比法、累积法。
注意: (1) 用不同方法测量, 得出分子的大小并不完全相同, 但是数量级是相同的。
(2) 把分子看成小球形是一种近似处理, 是为了简化问题。在热学中, 我们研究的是他们的运动 规律, 不必区分它们在化学变化中所起的不同作用。
2.阿伏伽德罗常数
问题1:在化学课上学过的阿伏伽德罗常数有什么意义?数值是多少?
介绍:1mol任何物质都含 有相同的 粒子数。这个常数叫阿伏伽 德罗常数, 可用符号Na表示, Na=6.02×1023个/mol, 粗略计算可用Na=6×1023个/mol。
3.微观物理量的估算
1分子的质量=摩尔质量/阿伏伽德罗常数
2分子的体积=摩尔体积/阿伏伽德罗常数
注意:因为固体和液体分子之间的 间距比较 小, 而气体分子之间的间距比较大, 所以以上两式只适用于固体和液体。
(3) 几个常用的等式
1物质的量=质量/摩尔质量=体积/摩尔体积。
2分子的个数=摩尔数×阿伏伽德罗常数
离心式分子蒸馏器的一个设计实例 篇8
笔者研制的首台套LFZ型离心式分子蒸馏装置, 由真空蒸馏室、动力及传动机构、间距调节机构、真空抽气机组、物料储罐和输送系统等组成。本文重点介绍其核心部分———真空蒸馏室———及相关外联机构的技术方案及技术特点。
1 技术方案
1.1 真空蒸馏室
LFZ型离心式分子蒸馏器的结构与组成如图1所示。真空蒸馏室外形为扁平圆桶状, 其顶部为加冷却液的夹层结构 (50) , 其内部平行设置的四个锥形圆盘, 依次为冷凝收集面 (16) 、蒸发转盘 (15) 、辐射加热盘 (19) 、反射盘 (21) 。
1.2 辐射加热
蒸馏加热盘上盘绕电热管 (20) , 以热辐射为其上方的蒸发转盘提供所需热量, 而向下辐射的热能热由反射盘反射利用。
1.3 冷媒与冷却
采用液体冷媒, 分别由冷凝面夹套入口 (17) 压入, 由冷凝面夹套出口 (18) 返回, 满足轻组分冷凝回收的工艺要求。
图中:12原料加入导管;13重组分导出管;14轻组分导出管;15蒸发转盘;16冷凝收集面;17冷凝面夹套入口;18冷凝面夹套出口;19锥形蒸馏加热盘;20电热管;21锥形反射盘;25真空抽气口;26套管布料器;27重组分集液槽;29传动轴;30内磁缸;31外磁缸;32动力输出轴;33电机;34隔离套筒;41波纹管;42滑动轴套A;43滑动轴套B;44固定导轨;45滑动导轨;46a连杆A;46b连杆B;47涡轮涡杆;48锁定螺栓;50冷凝面夹套。
1.4 抽真空
按设计负荷配置真空机组, 由真空蒸馏室侧壁高点处真空抽气口 (25) 抽气, 获得并保持分子蒸馏过程所需的工作真空度 (0.01~10Pa) 。在抽气管道上合理设置冷阱, 可以大幅减轻真空机组工作负荷。
1.5 投料与分离
待分离原料由真空蒸馏室顶部导管 (12) 进入, 直至高速旋转的蒸发转盘的中央, 在离心力的作用下以薄膜形态向蒸发转盘边缘移动。其间, 轻组分蒸发逸出并由冷凝面收集, 并由轻组分导出管 (14) 排出真空蒸馏室, 而最终移动到蒸发转盘边缘的较重组分, 先后经重组分集液槽 (27) 和重组分导出管 (13) 收集并排出真空蒸馏室。
1.6 磁力传动
蒸发转盘在工作中高速旋转, 由真空室内的传动轴 (29) 驱动旋转。为避免真空室内真空泄露, 采用磁力传动系统:设在真空室外的动力电机 (33) 的轴输出动力带动外磁缸 (31) 旋转, 并借助磁力作用隔空带动设在真空室内的磁缸 (31) 旋转, 进而带动与之相连的传动轴 (29) 同步旋转。
1.7 间距调节
蒸发转盘与冷凝收集面之间的距离称为冷热面间距, 它是分子蒸馏过程中的最重要的操作条件, 专门设计的间距调节机构可在线调节冷热面间距 (参见图1) 。转动涡轮涡杆 (47) , 则滑动导轨 (45) 沿固定导轨 (44) 上下移动, 并压缩或拉伸波纹管 (41) 而上下移动, 进而使带动传动轴、蒸发转盘、蒸馏加热盘、锥形反射盘等一起上下移动, 达到合适的位置, 利用锁定螺栓 (48) 锁定。
2 技术特点
FZL型离心式分子蒸馏器于2008年获得实用新型专利, 具有以下技术特点:
其一, 蒸发转盘的转动轴与真空室外的动力轴采用磁力传动, 以简单的静密封方式达到真空蒸馏室内外真空隔绝, 成本不高、密封效果好。
其二, 蒸发转盘与冷凝收集面采用平行锥面, 有利于物料精确按其内部组分的分子自由程分离, 提高分离效率。
其三, 独特设计的间距调节机构, 可以按具体目标组分的平均自由程设定和在线优化调节蒸发转盘与冷凝收集面的间距调节。
摘要：本文介绍了自主设计的离心式分子蒸馏器的技术方案及特点。其中, 蒸发转盘与冷凝收集为面平行锥面, 采用磁力传动方式驱动蒸发旋转, 通过辐射加热控制补充蒸发热量;特别是设计了间距调节机构, 可以按具体物料与目标组分的平均自由程设定或在线调整蒸发转盘与冷凝收集面的间距。
关键词：离心式分子蒸馏器,真空蒸馏室,磁力传动,辐射加热,间距调节
参考文献
[1]翟志勇, 喻健良.离心式分子蒸馏器加热装置的研究[J].化工装备技术, 2000, 21 (3) :23-25.
[2]陈文伟, 陈钢, 高荫榆.分子蒸馏的应用研究进展[J].西北粮油科技, 2003, (5) :35-37.
分子设计 篇9
关键词：高分子材料与工程专业,课程设计,实践教学,试点
近年来,我校本科学生的人才培养方案已做较大修订,学生应修完的课程总学时也相应缩减。如何在总学时缩减的情况下,尽可能保证学生有充分的“动手”机会,是高分子材料与工程专业实践教学改革的首要问题。
课程设计环节作为高分子材料与工程专业实践教学的重要环节,所占学时仅次于毕业设计环节,历年来均以绘制塑料模具图为课程设计内容。但从学生就业情况来看,从事高分子材料产品生产管理、原材料改性、成型工艺制定等工作的学生已占2 /3,而从事高分子材料成型模具设计的学生仅总人数1 /3左右。显然,课程设计的教学内容已无法适应企业的人才需求。课程设计环节迫切需要补充材料改性以及工艺制定等内容,以便在有限的实践教学学时以及有限的设备条件下让更多学生获得材料改性及工艺制定方面的训练[1]。
笔者作为高分子材料与工程专业的专业课教师,长期担任《高分子材料成型工艺学》、《聚合物改性原理及方法》等主干课程的教学工作,也参与指导了多届学生课程设计及毕业设计。从2012年起,笔者针对本专业课程设计改革进行了一些初步探索,在自己承担的课程设计指导工作中增加了材料改性及工艺探索的题目,并由学生独立完成。在课程设计题目选取、实验人员及进度安排、突发情况处理等方面积累了一些经验。
1 课程设计题目选取
课程设计选题合理与否,是课程设计改革的重要环节,应注意课题的综合性、实用性及层次性[2]。课程设计环节中增加材料改性及工艺探索的题目,目的在于加深学生对《高分子材料成型工艺学》、《聚合物改性原理及方法》等课程知识的理解,提高其理论联系实际和灵活运用知识的能力。选择合适的题目是保证学生如期完成课程设计的前提。
课程设计环节比毕业设计环节少了8周的时间,因此课程设计选题应“小而精”,难度应明显低于毕业设计题目。如果选取完全没有研究基础的题目,学生前期探索实验会花费过多时间,不利于课程设计顺利进行。基于以上原因,笔者在以往毕业设计题目的基础上进行延伸,确定了课程设计相关题目。例如往届学生曾做过“硅橡胶阻燃材料性能研究”的毕业设计题目,对于硅橡胶混炼及硫化工艺积累了一定的经验数据,而硅橡胶材料力学性能指标还不尽如人意,需要进一步改进配方。可以在此基础上引出两个课程设计题目: “硫化剂种类及用量对硅橡胶力学性能的影响”、“结构控制剂种类及用量对硅橡胶力学性能的影响”,并由两个学生分别完成以上题目。由于有前人的基础,学生在实验过程中没有重复探索相关工艺参数,实验直接切入主题,有利于在有限的时间内完成课程设计。此外,两个课程设计题目虽各有侧重,但主要原材料及成型工艺都相同,故两个学生可共用一套成型设备,大大节约了设备预热及清理时间。将学生按相近课题组成互助小组,不仅提供设备利用率,也有利于学生在遇到问题时,相互讨论,相互促进[3]。
2 实验人员安排
我校高分子材料与工程专业每年招生人数为80人,现有实验室设备条件尚不能满足全部学生同时开展材料改性及工艺制定等实践内容。因此,合理安排课程设计环节进行材料改性及工艺制定的学生人数,是如期完成课程设计内容的必要保证。
按照人才培养方案,本专业课程设计安排在第四学年秋季学期最后4周进行。此时学生的专业课程学习已全部完成,学生对于自己的就业去向也有了初步规划。可以结合学生的就业意愿安排其课程设计内容。对于工作单位已落实为材料改性或工艺制定岗位的学生,可以优先安排其在课程设计阶段进入相关实训。课程设计内容与学生就业去向密切相关,可以充分调动学生的积极性,自觉参与到课程设计的各个环节。
在本次课程设计改革试点工作中,2010级的一名学生对于硅橡胶材料配方优化题目很感兴趣,原因就是与其签约的工作单位主要生产硅橡胶产品。这名学生在课程设计过程中充分发挥了自身的主观能动性,在实验遇到问题时没有被动等待老师的安排,而是通过多方搜集资料以及与指导老师讨论等方式积极寻求解决问题的有效途径。学生在课程设计阶段提前进入“工作状态”,为学生更快适应企业工作节奏和工作思路奠定基础。
3 实验进度安排及突发情况处理
课程设计时间只有4周。以往安排学生绘制模具图,主要按照塑件图测绘( 1周) —装配图设计及绘制( 1周) —零件图绘制( 1周) —说明书撰写( 1周) 来安排进度。模具设计过程中基本不存在突发因素,设计进度容易控制。如果在课程设计中安排材料改性、工艺制定等内容,则可能由于设备故障、原料采购不及时或其他因素影响实验进度,导致学生无法如期完成课程设计[1]。为此,课程设计指导老师需要提前做好原料及实验设备的准备、检查工作,并做好应急预案。
在本次课程设计改革试点工作中,主要按照资料收集、初定方案、实验验证的思路安排进度。仍然以“硫化剂种类及用量对硅橡胶力学性能的影响”、“结构控制剂种类及用量对硅橡胶力学性能的影响”这两个课程设计题目为例: 第1周进行资料搜集并初定两种硫化剂 ( 结构控制剂) 备选; 第2周进行硫化剂 ( 结构控制剂) 种类筛选; 第3周确定硫化剂 ( 结构控制剂) 最佳用量; 第4周整理数据并撰写课程设计小论文。从实际试点情况看来,学生在4周内完成材料改性等课程设计题目是基本可行的,所有参与试点的学生都如期完成了课程设计预定内容并按期提交了课程设计论文。
在试点工作中,也出现了一些突发情况。在实验进行过程中,个别设备由于电压不稳导致温控器失灵而维修了几天,耽误了进度。但由于参与试点的学生们积极性及配合度较高,在第1周仅花了3天时间就提前完成了资料收集及方案的初步确定。在设备维修期间,指导教师及时调整进度,让学生把实验数据整理及课程论文框架构建与实验同步进行,大大缩短了后期课程论文撰写的时间,从而保证了课程设计如期完成。
4 结 语
通过课程设计阶段小范围试点发现,在4周课程设计时间内,可以安排学生进行配方设计及工艺制定的相关实训。不仅提高了现有设备的利用率,也使学生动手能力得到多方面训练,从而使学生所学知识更贴近企业需求。当然,为了保证学生如期完成课程设计,指导教师应在课题选取、实验进度安排等方面多下功夫,也应针对实验过程中可能出现的突发情况做好应急预案,不断总结经验,使课程设计方案尽可能完善。
参考文献
[1]盛旭敏.浅谈高分子材料与工程专业课程设计改革[J].广州化工,2014,42(7):182-183.
[2]范雪兵.“机械设计课程设计”多理念融合教学改革实践探讨[J].中国电力教育,2012(26):69-70.
分子设计 篇10
关键词：聚酰胺酸,正交设计法,热稳定性
聚酰胺酸(PAA)是聚酰亚胺(PI)的预聚物,其分子量及分子量分布决定PI的分子量及分子量分布,并最终决定PI的性能[1,2,3,4]。因此,研究PAA的分子量及分子量分布的影响因素,对制备高性能PI具有重要意义。
影响PAA分子量及其分布的因素很多,主要有溶剂、加料顺序、二酐与二胺的配料比、反应溶液浓度和体系中的水分等,此外,PAA的分子量也取决于溶剂中物料的浓度[5,6,7]。目前在PAA的合成研究领域内,绝大多数研究内容局限在分析某单一影响因素,如溶剂种类、加料顺序、二酐与二胺的配料比等对PAA分子量的影响。但是对于存在多种影响因素共同作用时的情况,以及多种因素之间的协同作用对PAA分子量的影响的研究较少。因此针对该类问题开展研究是非常有必要的。
本研究采用正交实验设计法,以反应温度、固体含量、加二酐的间隔时间以及总反应时间为变量,对PAA分子量及分子量分布的影响进行了深入分析,并探讨了PAA分子量对PI薄膜热稳定性的影响。
1 实验部分
1.1 原料
均苯四甲酸二酐(PMDA),江苏乐恒有限公司;4,4’-二氨基二苯基醚(ODA),山东万达集团公司; N, N-二甲基乙酰胺(DMAc),上海试剂三厂。
用研钵将PMDA和ODA分别研细,并将PMDA用300目筛子过筛。将研磨后的PMDA放于普通烘箱中,在120℃的温度下烘培4～5h,ODA置于真空烘箱中,在110℃左右烘培4～5h;溶剂DMAc先与镁粉在100℃的温度下反应2～3h,静置,将清液层移入蒸馏瓶中进行减压蒸馏。
1.2 聚酰胺酸配方和反应条件设计
本实验采用两步法合成PAA。不同固体含量PAA胶液的原料配比如表1所示。利用正交表L9(34)设计3水平、4因素正交化试验,其中各因素分别为:反应温度、固体含量、加料时间间隔和反应时间,每个因素都取3个水平值。正交试验设计如表2所示。
按表1所示的各反应物质的量,采用表2的工艺条件,制备所需的PAA胶液。将制备的PAA溶胶在PI-1210型自动涂膜机(Tester Sangyo Co., Ltd., Japan)上铺成厚度为50μm左右的均匀薄膜,放入电热鼓风干燥箱中进行亚胺化处理,制备出PI薄膜。
注:①首次加料为总量的1/3;②最后6次加料均为0.01g;③中间加料次数由反应时间和加料间隔时间确定为N,前N/2次每次加料均为后N/2次的2倍,(前N/2次每次加料量相等,后N/2次每次加料量也相等)
1.3 测试方法
采用凝胶渗透色谱法(GPC)测试PAA的分子量及其分布情况。本实验用DMAc溶解安捷伦(Agilent)公司出品的标准PS制得标准曲线,并用其先表征Agilent公司出品的单分散的PS,其误差为5%。由于普适校正PAA所需的k和a参数没有确切值,所以用DMAc-PS标准曲线直接表征本试验所做的PAA的分子量,测试过程比用普适校正法简单,且误差也较小。热失重(TGA)测试采用Pyris 6 TGA型热重分析仪,升温速率20℃/min,将薄膜放在N2中测定。
2 结果与讨论
对于高分子聚合物来说,通常采用聚合物体系中含量最多的成分分子量来表征该体系的分子量。又由于反应过程中有一些小分子物质未反应完全,所以数均分子量undefined的误差较大,故用单峰的重均分子量undefined来表征该体系的分子量。表3所示为正交试验结果。
2.1 反应温度对分子量大小的影响
反应温度是化学反应的一个重要影响因素,提高反应温度可以缩短平衡时间,但却影响平衡常数。由于本合成反应是放热反应,所以低温有利于正反应进行。图1是反应温度对PAA分子量的影响从图1可知,反应温度控制在15℃左右为宜,这时PAA胶液的分子量最大。若继续提高反应温度则PAA的分子量呈下降趋势,这是因为二酐与二胺的开环加聚是放热反应,维持较低的反应温度有利于反应的进行。但温度过低,分子运动困难,且体系黏度变大,有可能端基被包埋,不利于分子量增大。
2.2 固体含量对分子量大小的影响
图2是固体含量对PAA分子量的影响由图2可知,当固体含量在8%时PAA分子量最大;固体含量在8%～10%时,分子量下降速率比10%～12%小。这是由于当固体含量增加时,整个体系的黏度增大使得原料二酐的扩散受阻,酐与胺的碰撞几率降低,酐与水反应的可能性增加,结果是分子量降低。
2.3 加料间隔时间对分子量大小的影响
图3是加料间隔时间对PAA分子量的影响由图3可知,当加料间隔时间为9min时,PAA的分子量最大;加料时间在6～9min时,分子量下降速率比9～12min的小。分析原因认为,如果间隔时间太短,前一次所加入的二酐未反应完全,使得局部二酐的含量过多,未反应的二酐水解,所以分子量没有明显的增大;而间隔时间太长时,使得在反应的某些时候体系中没有正反应进行,而有脱水等副反应,所以分子量也达不到要求。
2.4 反应时间对分子量大小的影响
图4为反应时间对PAA分子量的影响由图4可知,反应时间为3h时,PAA的分子量最大,而反应时间为2h时,PAA的分子量最小,反应时间为3.5h时,PAA的分子量与反应时间为3h的PAA分子量相差不大,在2～3h时,分子量随反应时间的变化速率较大,但当反应时间超过3h后,PAA的水解造成PAA的分子量下降。因此获得高分子量的PAA的最佳反应时间为3h。
2.5 分子量对薄膜热稳定性的影响
由表3中单峰的重均分子量正交实验结果可知,要合成最高分子量PAA的反应条件为,反应温度15℃、固体含量8%、加料间隔时间9min、反应时间3h。进一步的试验证实,在此条件下合成的PAA的单峰重均分子量undefined为91.10,符合正交实验所选出的分子量最大的反应条件。
在此基础上,为了进一步考察PAA分子量的不同对PI薄膜热性能的影响,分别选取PAA分子量最大undefined,记为A)和最小undefined,记为B)的两组材料所制备的PI薄膜进行了热失重分析。具体分析结果如图5和图6所示。由图5和图6可知,A 的热失重温度为587℃,开始失重时的剩余重量为99.95%,失重速率最大时的温度为615℃,最终失重率为38.7%;B的热失重温度为573℃,开始失重时的剩余重量为99.92%,失重速率最大时的温度为607℃,最终失重率为37.5%。结果表明由分子量大的PAA铺成的PI薄膜的热失重温度较高,失重速率最大时的温度也较高,最终失重率没有明显变化。表明薄膜的耐热温度较高。分析认为,可能的原因在于大分子量的PAA所制备的PI薄膜的分子量较大,导致薄膜内部高分子链之间的范德华引力较大。在高温下,较大的范德华引力会有效阻止聚合物的热分解,从而提高了PI薄膜的热失重温度,在一定程度上改善了PI薄膜的耐热性能。
3 结 论
通过正交设计法对不同条件下制得的PAA的分子量大小进行了详细分析,结果表明合成最高分子量PAA的反应条件为:反应温度:15℃;固体含量:8%;加料间隔时间9min;反应时间:3h。
通过热失重分析不同分子量的PAA所制备的PI薄膜,结果表明由分子量大的PAA制成的PI薄膜的热失重温度较高,失重速率最大时的温度也较高;最终热失重率没有明显变化。
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